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EINSTEIN@HOME
Pulsarentdeckungen mit Freiwilligenhilfe
Redaktion / Pressemitteilung der MPI für Radioastronomie und Gravitationsphysik
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27. November 2013

Durch die Hilfe zahlreicher Freiwilliger, die die Rechenleistung ihrer Computer dem Projekt Einstein@Home zur Verfügung stellen, gelang jetzt die Entdeckung von gleich vier Gammapulsaren. Die rotierenden Neutronensterne wurden in den Daten des NASA-Weltraumteleskops Fermi aufgespürt. Die Forscher hoffen auf zahlreiche weitere Funde.

Pulsare

Die jetzt im Rahmen des Projekts Einstein@Home entdeckten Pulsare in den Daten des Satelliten Fermi. Bild: Knispel / Pletsch / AEI / NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration [Großansicht]

Seit seinem Start im Jahr 2008 beobachtet der NASA-Satellit Fermi den gesamten Himmel im Bereich der Gammastrahlung und entdeckte dabei Tausende neue Quellen hochenergetischer Strahlung. Bei zahlreichen dieser Quellen dürfte es sich um Pulsare handeln, also um kompakte, schnell rotierende Überreste explodierter Sterne. Allerdings ist es sehr aufwendig, diese sogenannten Gammapulsare in den Beobachtungen zu identifizieren. Es erfordert insbesondere sehr viel Rechenzeit, um die Daten entsprechend zu durchforsten.

Aus diesem Grund haben Astronomen sich ein Verfahren ausgedacht, durch das sich jedermann mit seinem Computer an der Suche nach Pulsaren beteiligen kann. "Das Innovative an unserer Lösung für die rechenaufwendige Suche nach Gammapulsaren ist die Kombination besonders effizienter Verfahren mit der verteilten Rechenkraft von Einstein@Home", sagt Holger Pletsch, Leiter einer unabhängigen Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) und Erstautor einer jetzt veröffentlichten Studie über die Entdeckung von gleich vier neuen Pulsaren durch Teilnehmer des Projekts. "Die Freiwilligen aus aller Welt ermöglichen es uns, den riesigen Rechenberg der Fermi-Datenanalyse zu bewältigen. Sie leisten so einen unschätzbaren Dienst für die Astronomie", so Pletsch.

Einstein@Home ist ein Gemeinschaftsprojekt des Center for Gravitation and Cosmology an der US-amerikanischen University of Wisconsin–Milwaukee und des AEI in Hannover, das von der National Science Foundation und der Max-Planck-Gesellschaft gefördert wird. Es sucht seit Mitte 2011 in Daten des Satellitenobservatoriums Fermi nach den Signalen von Gammapulsaren. Ursprünglich wurde das Projekt 2005 ins Leben gerufen, um in den Daten des US-amerikanischen LIGO-Observatoriums nach Gravitationswellen zu fahnden - weiterhin die Hauptaufgabe von Einstein@Home.

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Seit Anfang 2009 widmet sich Einstein@Home auch sehr erfolgreich der Suche nach neuen Radiopulsaren. "Die erstmalige Entdeckung von Gammapulsaren durch Einstein@Home ist nicht nur für uns, sondern auch für unsere freiwilligen Projektteilnehmer ein wichtiger Meilenstein. Es zeigt, dass jeder PC-Besitzer einen Beitrag zur Spitzenforschung leisten und astronomische Entdeckungen machen kann", freut sich Koautor Bruce Allen, Direktor am AEI und Chefwissenschaftler von Einstein@Home. "Ich hoffe, dass sich unsere Begeisterung nun auf noch mehr Menschen überträgt, die uns bei weiteren Entdeckungen unterstützen."

Jeder Teilnehmer von Einstein@Home kann selbst zum Entdecker werden. Diese Erfahrung machte etwa Thomas M. Jackson aus dem US-Bundesstaat Kentucky: "Zuerst war ich ein bisschen sprachlos und dachte, jemand erlaubt sich einen Scherz mit mir. Aber nachdem ich ein bisschen nachgeforscht hatte, stellte sich alles als echt heraus. Dass jemand so unbedeutendes wie ich tatsächlich etwas bewegen kann, ist großartig", so Jackson, dessen Computer einen entscheidenden Hinweis zum Aufspüren eines Pulsars lieferte.

Die Beiträge aller Einstein@Home-Teilnehmer werden in der Veröffentlichung in den Astrophysical Journal Letters gewürdigt. Insbesondere danken die Wissenschaftler namentlich den acht Freiwilligen, deren Computer die Entdeckungen machten. Sie stammen aus Australien, Deutschland, Frankreich, Kanada, den USA und Japan. Als Anerkennung erhalten die Acht besondere Entdeckungszertifikate.

Die vier Gammapulsare sind nicht nur die ersten, die Astronomen mit einem solchen Projekt mit Freiwilligen gefunden haben. Die kosmischen Leuchttürme selbst weisen auch einige Besonderheiten auf. "Spannend ist, dass alle vier Pulsare entlang der Ebene der Milchstraße liegen", so Koautor Michael Kramer, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR). Durchmusterungen im Radiobereich hatten diesen Himmelsabschnitt bereits intensiv unter die Lupe genommen, die vier Pulsare waren dabei aber verborgen geblieben; entdeckt wurde lediglich ein vergleichbarer Neutronenstern. Die Pulsare lassen sich also offenbar nur im Gammabereich beobachten.

Radio- und Gammastrahlung entstehen in verschiedenen Raumbereichen um den Pulsar. Eine Erklärung ist die Ausrichtung des Neutronensterns zur Erde. Dabei strahlt möglicherweise sein schmaler Radiokegel an ihr vorbei, während sich der breitere Kegel der Gammastrahlung von der Erde aus beobachten lässt. Gezielte Folgebeobachtungen der vier Neuentdeckungen mit der 100-Meter-Antenne des MPIfR bei Effelsberg und dem australischen Parkes-Radioteleskop bestätigten das Fehlen von Radiostrahlung.

"Mit den erfolgreichen Blindsuchen nach Gammapulsaren nutzen wir ein neues Fenster zur Entdeckung von Neutronensternen", so Kramer. Die neuen Methoden nutzen Verfahren aus der Gravitationswellen-Datenanalyse. Mit ihnen hatten Astronomen um Pletsch zuvor alle elf Gammapulsare aufgespürt, die in den vergangenen drei Jahren in Blindsuchen der Fermi-Daten gefunden wurden.

Bei zwei der Neuentdeckungen war während des Beobachtungszeitraums die ansonsten gleichmäßige Rotation von einer plötzlichen, ruckartigen Beschleunigung, sogenannte Glitches, gestört. Der Neutronenstern drehte sich dabei unvermittelt schneller, bremst dann langsam wieder ab und kehrte nach einigen Wochen zur alten Rotationsperiode zurück. "Die genaue Ursache dieser Glitches kennen wir nicht. Doch ihre Messung kann neue Einblicke in das bisher nur unvollständig verstandene Innere der Neutronensterne eröffnen", erklärt Lucas Guillemot. Der Forscher war zur Zeit der Entdeckungen am MPIfR und arbeitet inzwischen am LPC2E in Orléans.

Glitches treten vor allem bei nach astronomischen Maßstäben erst kürzlich entstandenen Pulsaren auf. Das passt zu den vier neuen Pulsaren, die nach den Messungen der Forscher zwischen 30.000 und 60.000 Jahre alt und damit unter Neutronensterne gewissermaßen Jungspunde sind.

Besonders in Zukunft werden die effizienten Suchmethoden eine immer wichtigere Rolle spielen, denn Fermi wird voraussichtlich noch mindestens fünf Jahre lang neue Daten liefern. Je länger die erfasste Messzeit ist, umso schwächer sind die Pulsare, die sich aufspüren lassen. Und mit zunehmender Messzeit wächst zugleich der Rechenaufwand. Während konventionelle Methoden bereits jetzt in der Praxis zu viel Rechenzeit benötigen, ist bei den neuen Methoden noch Spielraum nach oben.

"Nur unsere Verfahren ermöglichen auch zukünftig effiziente Suchen in den Fermi-Daten. Und mit der verteilten Rechenkraft der Einstein@Home-Freiwilligen hoffen wir auch in Zukunft besonders weit entfernte oder lichtschwache Gammapulsare aufzuspüren", sagt Pletsch.

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siehe auch
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Einstein@home: Millionen PCs sollen nach Gravitationswellen suchen - 4. Februar 2005
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