Pulsar

Pulsare sind Neutronensterne, die sich schnell drehen und entlang eines schmalen Strahls riesige elektromagnetische Strahlung erzeugen. Neutronensterne sind sehr dicht und haben kurze, regelmäßige Spins. Dadurch entsteht ein sehr genaues Intervall zwischen den Pulsen, das für einen einzelnen Pulsar von etwa Millisekunden bis zu Sekunden reicht. Der Puls kann nur gesehen werden, wenn die Erde nahe genug an der Strahlrichtung liegt. Ähnlich wie Sie einen Leuchtturm nur sehen können, wenn der Strahl in Ihre Richtung strahlt.

Die Impulse entsprechen den Drehungen des Sterns. Die Drehung verursacht einen Leuchtturmeffekt, da die Strahlung nur in kurzen Abständen zu sehen ist. Das sagte kürzlich Werner Becker vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik,

Zusammengesetztes optisch/röntgenographisches Bild des Krebsnebels. Es zeigt die aus dem umgebenden Nebel kommende Energie, die durch die Magnetfelder und Partikel des zentralen Pulsars verursacht wird.

Der Vela Pulsar, ein Neutronenstern, bei dem es sich um die Überreste eines Sterns handelt, der von einer Supernova (einer großen Explosion eines Sterns) übrig geblieben ist. Er fliegt durch den Weltraum, getrieben von Materie, die von einem der Punkte, an denen sich der Neutronenstern dreht, geworfen wird.

Entdeckung

Der erste Pulsar wurde 1967 entdeckt. Er wurde von Jocelyn Bell Burnell und Antony Hewish entdeckt. Sie arbeiteten an der Universität von Cambridge. Die beobachtete Emission hatte Pulse im Abstand von 1,33 Sekunden. Die Pulse kamen alle vom gleichen Ort am Himmel. Die Quelle hielt sich an die siderische Zeit. Zuerst verstanden sie nicht, warum Pulsare eine regelmäßige Veränderung der Strahlungsstärke aufweisen. Das Wort Pulsar ist die Abkürzung für "pulsierender Stern".

Dieser ursprüngliche Pulsar, der jetzt CP 1919 heißt, erzeugt Radiowellenlängen, aber es wurde später herausgefunden, dass Pulsars Strahlung im Röntgen- und/oder Gammastrahlen-Wellenlängenbereich erzeugen.

Nobelpreise

1974 wurde Antony Hewish als erster Astronom mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Es kam zu Kontroversen, weil er den Preis erhielt, während Bell nicht ausgezeichnet wurde. Sie hatte die erste Entdeckung gemacht, während sie seine Doktorandin war. Bell behauptet keine Bitterkeit in diesem Punkt und unterstützt die Entscheidung des Nobelpreiskomitees. "Einige Leute nennen ihn den No-Bell-Preis, weil sie der Meinung sind, dass Jocelyn Bell Burnell an der Verleihung hätte teilnehmen sollen".

1974 entdeckten Joseph Hooton Taylor Jr. und Russell Hulse zum ersten Mal einen Pulsar in einem binären System. Dieser Pulsar umkreist einen anderen Neutronenstern mit einer Umlaufzeit von nur acht Stunden. Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie sagt voraus, dass dieses System starke Gravitationsstrahlung aussenden sollte, wodurch sich die Umlaufbahn bei Verlust der Bahnenergie kontinuierlich zusammenzieht. Beobachtungen des Pulsars bestätigten bald diese Vorhersage und lieferten den allerersten Beweis für die Existenz von Gravitationswellen. Ab 2010 stimmen die Beobachtungen dieses Pulsars weiterhin mit der Allgemeinen Relativitätstheorie überein. 1993 wurde Taylor und Hulse für die Entdeckung dieses Pulsars der Nobelpreis für Physik verliehen.

Jocelyn Bell Burnell's Diagramm

Arten von Pulsaren

Astronomen wissen, dass es drei verschiedene Arten von Pulsaren gibt:

Rotationsgetriebene Pulsare, bei denen die Strahlung durch den Verlust von Rotationsenergie verursacht wird; die Strahlung wird dadurch verursacht, dass der Neutronenstern in der Geschwindigkeit, in der er sich dreht, langsamer wird
akkretionsbetriebene Pulsare (die die meisten, aber nicht alle Röntgenpulsare sind), bei denen die potentielle Gravitationsenergie der Materie, die auf den Pulsar fällt, Röntgenstrahlen verursacht, die von der Erde empfangen werden können, und
Magnetare, bei denen ein extrem starkes Magnetfeld Energie verliert, was die Strahlung verursacht.

Obwohl es sich bei allen drei Arten von Objekten um Neutronensterne handelt, sind die Dinge, die man von ihnen sehen kann, und die Physik, die dies verursacht, sehr unterschiedlich. Aber es gibt einige Dinge, die ähnlich sind. Zum Beispiel sind Röntgenpulsare wahrscheinlich alte rotationsbetriebene Pulsare, die bereits den größten Teil ihrer Energie verloren haben und erst wieder gesehen werden können, nachdem ihre binären Begleiter expandiert sind und Materie von ihnen begann, auf den Neutronenstern zu fallen. Der Prozess der Akkretion (Materie, die auf den Neutronenstern fällt) kann wiederum dem Neutronenstern genügend Drehimpulsenergie verleihen, um ihn in einen rotationsbetriebenen Millisekunden-Pulsar zu verwandeln.

Verwendet

Präzise Uhr Bei einigen Millisekunden-Pulsaren ist die Regelmäßigkeit der Pulsation präziser als bei einer Atomuhr. Dank dieser Stabilität können Millisekunden-Pulsare zur Bestimmung der Ephemeridenzeit oder zum Bau von Pulsaruhren verwendet werden.

Zeitrauschen ist die Bezeichnung für Rotationsunregelmäßigkeiten, die bei allen Pulsaren beobachtet werden. Dieses Zeitrauschen ist als zufälliges Wandern in der Pulsfrequenz oder -phase zu beobachten. Es ist unbekannt, ob das Zeitrauschen mit Pulsar-Störungen zusammenhängt.

Andere Verwendungen

Das Studium von Pulsaren hat zu vielen Anwendungen in Physik und Astronomie geführt. Zu den wichtigsten Beispielen gehören der Nachweis der Gravitationsstrahlung, wie sie von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt wird, und der erste Nachweis von Exoplaneten. In den 1980er Jahren haben Astronomen die Pulsarstrahlung gemessen, um zu beweisen, dass der nordamerikanische und der europäische Kontinent voneinander wegdriften. Diese Bewegung ist ein Beweis für die Plattentektonik.

Wichtige Pulsare

Der Magnetar SGR 1806-20 erzeugte am 27. Dezember 2004 den größten Energieausbruch in der Galaxie, der je bei einem Experiment beobachtet wurde.
PSR B1931+24 "... sieht für etwa eine Woche wie ein normaler Pulsar aus und 'schaltet' dann für etwa einen Monat ab, bevor er wieder Impulse erzeugt. [...] dieser Pulsar verlangsamt sich schneller, wenn der Pulsar eingeschaltet ist, als wenn er ausgeschaltet ist. [...] die Art und Weise, wie er sich verlangsamt, muss mit der Radioenergie und den Dingen, die sie verursachen, zu tun haben, und die zusätzliche Verlangsamung kann durch einen Wind von Teilchen erklärt werden, der das Magnetfeld des Pulsars verlässt und die Geschwindigkeit, mit der er sich dreht, verlangsamt. [2]
PSR J1748-2446ad ist mit 716 Hz (mal dreht er sich pro Sekunde) der sich am schnellsten drehende bekannte Pulsar.

Andere Quellen

Lorimer D.R. & M. Kramer 2004. Handbuch der Pulsar-Astronomie. Cambridge Observing Handbooks for Research Astronomers.