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Was schnell rotierende Pulsare bremst
Redaktion
/ Pressemitteilung der Universität Bonn
astronews.com
6. Februar 2012
Seit vielen Jahren fragen sich Wissenschaftler, warum manche sich
blitzschnell um die eigene Achse drehende Neutronensterne ihre
Rotationsgeschwindigkeit plötzlich wieder reduzieren. Durch die
Zusammenarbeit von beobachtenden Astronomen und theoretischen
Astrophysikern in Bonn ist es nun gelungen, dieses Rätsel zu lösen.
Schuld ist das Wechselspiel mit einem unsichtbaren Begleitstern.
Künstlerische Darstellung eines
Millisekundenpulsars in einem Doppelsternsystem.
Die vom Begleitstern überfließende Materie bildet
eine Scheibe um den Neutronenstern, die am
inneren Rand durch die Magnetosphäre des Pulsars
abgeschnitten wird. Der Materieüberlauf (Akkretion)
führt zur Aussendung von Röntgenstrahlung in
diesem System.
Bild: NASA / Goddard Space Flight Center
/ Dana Berry |
Ein Pulsar ist ein schnell rotierender Neutronenstern, der sich wie ein
Kreisel um die eigene Achse dreht. Ähnlich einem Leuchtturm schickt er
dabei regelmäßig wiederkehrend Strahlen zur Erde. Pulsare entstehen bei
der Explosion von massereichen Sternen als Supernova. Sie ziehen sich
dabei stark zusammen. Wie eine Eiskunstläuferin, die bei einer Pirouette
die Arme anlegt, beschleunigen die Neutronensterne sehr stark ihre
Umdrehung.
Doch das Licht eines Leuchtturms dreht sich vergleichsweise gemächlich
im Vergleich zu den Pulsaren. Die am schnellsten rotierenden Pulsare
sind die so genannten Millisekunden-Pulsare, die nur wenige Tausendstel
Sekunden für einen Umlauf benötigen. Rund 200 dieser speziellen
Himmelsobjekte sind heute bekannt. Ein ungelöstes Rätsel der
Wissenschaft war bislang die Frage, warum solche Sterne plötzlich wieder
langsamer werden - so als würde sie eine unsichtbare Kraft abbremsen.
Der dänische Astrophysiker Dr. Thomas Tauris arbeitet zugleich am
Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn und am
benachbarten Max-Planck-Institut für Radioastronomie und glaubt, diese
Frage nun gelöst zu haben. "Der Millisekunden-Pulsar rotiert so schnell,
weil ein Partnerstern Masse auf ihn überträgt", erklärt Tauris. "Das
Ergebnis gleicht einem Mühlrad, das von der Wassermasse angetrieben und
beschleunigt wird." Da in dem Doppelsternsystem aber der eine Partner
Material vom anderen Stern absaugt, ähnelt das Verhalten des
Neutronensterns auch dem eines hungrigen Vampirs.
Während der Millisekunden-Pulsar durch seine "Leuchtturm-Signale" gut
von der Erde aus zu erkennen ist, wirkt der Nachbarstern im Verborgenen.
Irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem der Partnerstern keine Masse
mehr auf den Pulsar überträgt. "Dann dehnt sich die Magnetosphäre des
Millisekunden-Pulsars aus und wird größer", so Tauris. "Wie mit einem
Propeller wird dann Material wieder herausgewirbelt." Im Ergebnis
verlangsamt der Neutronenstern seine Umdrehungen. Das Phänomen lässt
sich abermals anhand der Eiskunstläuferin veranschaulichen: Wenn sie bei
der Pirouette die Arme ausbreitet, dann verlangsamt sich ihre
Rotationsgeschwindigkeit.
Anhand von numerischen Berechnungen auf der Grundlage von
Sternentwicklungsmodellen untersuchte der Wissenschaftler die
Auswirkungen des Massenzuwachses. "Es konnte gezeigt werden, dass die
Millisekunden-Pulsare in der Schlussphase ungefähr die Hälfte ihrer
Rotationsenergie verlieren", berichtet Tauris. Darüber hinaus lässt sich
mit diesen Berechnungen erklären, warum manche Pulsare Röntgenstrahlung
und andere wiederum Radiowellen aussenden: Solange Materie vom
Nachbarstern übertragen und der Pulsar beschleunigt wird, sendet er
extrem kurzwellige Röntgenstrahlung aus. Sobald aber der Materiestrom
unterbrochen ist und eine Verlangsamung eintritt, kommt es zur
Ausstrahlung deutlich langerwelligerer Radiostrahlen.
"Es handelt sich dabei also um zwei verschiedene Phasen der selben
Entwicklung", fast Tauris zusammen, der sich auch davon überzeugt hat,
dass seine Berechnungen mit den aktuellen Beobachtungsergebnissen von
Pulsaren übereinstimmt. Am Max Planck-Institut für Radioastronomie
werden Pulsare von Prof. Dr. Michael Kramer und seinen Mitarbeitern
untersucht, während eine Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Norbert Langer am
Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn die zugehörigen
Sternmodelle berechnet.
Die Ergebnisse seiner Untersuchung hat Tauris jetzt in der
Wissenschaftszeitschrift Science veröffentlicht.
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