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MEERKAT
Millisekundenpulsare in Kugelsternhaufen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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30. April 2021

Eine Gruppe von Astronominnen und Astronomen hat mit dem südafrikanischen MeerKAT-Radioteleskop acht Millisekundenpulsare entdeckt, die sich in Kugelsternhaufen mit hoher Sterndichte befinden. Bei den Pulsaren handelt es sich um Neutronensterne und damit die dichtesten bekannten Sterne, die sich bis zu 700 Mal pro Sekunde um ihre Achse drehen.

NGC 6624

Der Kugelsternhaufen NGC 6624 in einer Ansicht des Weltraumteleskops Hubble. Die Pulsare im zentralen Bereich sind im Inset hervorgehoben. In Rot markiert der mit MeerKAT neu entdeckte Pulsar PSR J1823-3021G. NGC 6624 befindet sich in Richtung des Sternbilds Schütze in knapp 8000 Lichtjahre Entfernung. Bild: A. Ridolfi et al. / INAF / Hubble Space Telescope [Großansicht]

 Millisekundenpulsare sind extrem kompakte Sterne, die hauptsächlich aus Neutronen bestehen, und gehören zu den außergewöhnlichsten Objekten im Universum. Sie packen das Hunderttausendfache der Erdmasse in eine Kugel mit einem Durchmesser von etwa 24 Kilometern und sie drehen sich mit einer Rate von Hunderten von Umdrehungen pro Sekunde um ihre Achse. Dabei senden sie einen Strahl von Radiowellen aus, der den Beobachter bei jeder Rotation streift, wie das Leuchtfeuer bei einem Leuchtturm. Die Entstehung dieser Objekte ist in Umgebungen hoher Sterndichte in den Zentren von Kugelsternhaufen stark begünstigt.

"Wir haben die MeerKAT-Antennen auf neun Kugelsternhaufen ausgerichtet und konnten in sechs von ihnen neue Pulsare entdecken", sagt der Alessandro Ridolfi, der als Post-Doktorand am italienischen Nationalen Institut für Astrophysik (INAF) und am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn arbeitet. Fünf dieser neuen Pulsare kreisen jeweils um einen anderen Stern, wobei einer von ihnen, PSR J1823-3021G, sich als besonders interessant herausstellt. "Aufgrund seiner stark elliptischen Umlaufbahn und seines massereichen Begleiters ist dieses System wahrscheinlich das Ergebnis eines Partnertauschs: Nach einer nahen Begegnung wurde der ursprüngliche Partner vertrieben und durch einen neuen Begleitstern ersetzt", so Ridolfi weiter.

"Dieser spezielle Pulsar könnte eine hohe Masse haben, mehr als das Doppelte der Masse der Sonne, es könnte aber auch das erste bestätigte System sein, das sich aus einem Millisekunden-Pulsar und einem Neutronenstern zusammensetzt", erklärt Tasha Gautam, Doktorandin am MPIfR in Bonn. "Wenn dies durch die aktuellen zusätzlichen Beobachtungen bestätigt wird, würde dieser Millisekunden-Pulsar ein hervorragendes Testfeld für neue Erkenntnisse in fundamentaler Physik darstellen."

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Die acht neuen Pulsare sind dabei nur die Spitze des Eisbergs. In den Beobachtungen, die zu ihrer Entdeckung führten, wurden nur etwa 40 der insgesamt 64 MeerKAT-Antennen verwendet und sie konzentrierten sich lediglich auf die zentralen Regionen der Kugelsternhaufen. "Das MeerKAT-Radioteleskop stellt einen großen technologischen Fortschritt für die Erforschung und das Studium von Pulsaren am Südhimmel dar", sagt Andrea Possenti von INAF, der Koordinator der Pulsarbeobachtungen in Kugelsternhaufen für die MeerTIME-Kollaboration. "In den nächsten Jahren wird MeerKAT voraussichtlich Dutzende von neuen Millisekunden-Pulsaren finden und uns einen Vorgeschmack auf das geben, was mit der zukünftigen Inbetriebnahme der Mittelfrequenz-Antennen des SKA-Observatoriums möglich werden wird. Das wird viele Bereiche der Astrophysik revolutionieren, darunter auch die Untersuchung von Pulsaren."

Ridolfi, Gautam und Possenti sind Mitglieder der "TRAnsients and PUlsars with MeerKAT"- (TRAPUM) Kollaboration, einer großen Himmelsdurchmusterung mit einer umfassenden internationalen Zusammenarbeit von Astronomen, die von den Möglichkeiten begeistert sind, die MeerKAT ihnen eröffnet. Für diese spezielle Arbeit teilten sie sich die Teleskopzeit mit einem zweiten Durchmusterungsprogram für MeerKAT, MeerTIME, das MeerKAT dazu nutzt, bereits bekannte Pulsare mit bisher nicht erreichter Präzision zu untersuchen. Diese Arbeit diente der TRAPUM-Kollaboration als Modellversuch, um eine vollwertige Kugelsternhaufen-Durchmusterung zur Suche nach neuen Pulsaren besser planen zu können.

Eine solche Durchmusterung läuft derzeit unter Einsatz aller 64 Parabolspiegel von MeerKAT (wodurch die Empfindlichkeit weiter erhöht wird). Sie wird die Suche auf viele weitere Kugelsternhaufen ausdehnen und auch deren äußere Regionen vermessen. "In früheren Suchprogrammen nach Pulsaren in Kugelsternhaufen sind bereits etliche bizarre und extreme Doppelpulsare entdeckt worden. Mit neuen Instrumenten wie MeerKAT werden wir sicherlich weitere dieser extremen Systeme entdecken können, die uns mehr über die grundlegenden Gesetze unseres Universums verraten", ist Paulo Freire vom MPIfR überzeugt.

Das vom South African Radio Astronomy Observatory betriebene MeerKAT-Teleskopnetzwerk ist das größte Radioteleskop der südlichen Hemisphäre und eines von zwei Vorläuferinstrumenten des Square Kilometre Array Observatory (SKAO), das in Südafrika aufgebaut wurde. Das in der Karoo-Wüste gelegene Radioteleskop wird demnächst um zusätzliche 20 Parabolspiegel erweitert ("MeerKAT+", astronews.com berichtete), wodurch die Gesamtzahl der Antennen auf 84 ansteigen wird. MeerKAT wird später schrittweise in die erste Phase des SKAO-Projekts integriert, dessen Bau demnächst beginnt und bis 2027 andauern wird.

Die Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

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MeerKAT entdeckt mehrere Millisekundenpulsare in Kugelsternhaufen. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
MeerKAT+: Neuer Partner für Teleskoperweiterung - 4. Januar 2021
Radioteleskope: 20 weitere Antennen für MeerKAT - 17. September 2020
MeerKAT: Von Synchrotron-Harfen und Weihnachtsbäumen - 24. Dezember 2019
MeerKAT: Der Radiohimmel über Südafrika - 4. Dezember 2014
Links im WWW
Ridolfi et a. (2021): Eight new millisecond pulsars from the first MeerKAT globular cluster census, MNRAS, 504, 1407 (arXiv.org-Preprint)
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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