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Galaktisches Zentrum: Das Rätsel der fehlenden Pulsare

Läge ein Radiopulsar nahe beim Schwarzen Loch im Herzen der Milchstraße, ließe sich die allgemeine Relativitätstheorie unter extremen Schwerkraftbedingungen testen. Überraschenderweise ging den Astronomen aber jahrzehntelang kein Exemplar ins Netz. Jetzt gelang der Coup – doch das Rätsel erscheint nur noch mysteriöser.
Suche nach Radiopulsaren in der Milchstraße

Die allgemeine Relativitätstheorie bleibt eines der faszinierendsten Konzepte der theoretischen Physik. Mit ihrer Hilfe hat Einstein unsere traditionelle Vorstellung von Raum und Zeit in die einer Raumzeittextur verwandelt, die sich durch Materie und Energie verformen lässt. Aber stimmt die Relativitätstheorie überhaupt? Bei Präzisionsexperimenten im schwachen Gravitationsfeld der Erde ließ sie sich bislang stets bestätigen. Ob sie auch noch in physikalischen Grenzbereichen gilt, ist jedoch ungewiss.

Ideal wäre, sie im extrem starken Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs zu testen, das die Raumzeit so sehr verbiegt, dass die Zeit am Ereignishorizont des Schwerkraftmonsters geradezu stillzustehen scheint. Dafür bräuchte man auch eine gute Uhr. Zum Glück lassen sich so genannte Pulsare als natürliche Zeitgeber verwenden, deren Genauigkeit der von Atomuhren in nichts nachsteht.

Bei einem Pulsar handelt es sich um den kompakten Überrest eines schweren, großen Sterns, der sein Leben spektakulär als Supernova beendet hat. Bei einer solchen Explosion wird eine etwa 1,4-fache Sonnenmasse auf einen Durchmesser von nur 20 bis 30 Kilometern verdichtet. Das Ergebnis ist ein Neutronenstern, der sich binnen einiger Millisekunden oder auch Sekunden einmal um sich selbst dreht, ein starkes Magnetfeld mit einer Stärke von 104 bis 1010 Tesla besitzt und kegelförmig Radiowellen aussendet. Die Ausbreitungsrichtung der Strahlung rotiert dabei mit dem Stern, so dass wir diese auf der Erde in Form höchst regelmäßiger Pulse wahrnehmen – ähnlich dem Licht eines Leuchtturms, das in immer denselben Zeitabständen über uns hinweghuscht. ...

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Spektrum der Wissenschaft – Vielfältige Quanten

Wir tauchen ein in die Welt der Quanten, die uns noch immer zahlreiche Rätsel aufgibt. Forscher entwickeln ständig neue Modelle und hinterfragen Grundlegendes, wie beispielsweise das Konzept der Zeit. Gleichzeitig macht die Entwicklung neuer Quantencomputer große Fortschritte und könnte unsere Verschlüsselungssysteme bedrohen. Experten arbeiten an neuen Methoden, um unsere Daten zu schützen. Erfahren Sie, wie diese Herausforderungen gemeistert werden und ob Kryptografen den Wettlauf gegen die Zeit gewinnen können.

Spektrum der Wissenschaft – Eine neue Weltformel

Rund 100 Jahre währt die Suche der theoretischen Physik nach einer Quantentheorie der Schwerkraft. Doch vielleicht kann die Gravitation in einer Weltformel so bleiben, wie sie ist – zumindest fast. Experimente könnten die neue Theorie schon bald testen. Außerdem im Heft: Die Bedeutung der Böden der Erde wurden lange unterschätzt. Zahlreiche Organismen im Boden zersetzen abgestorbenes organisches Material und fördern so den globalen Kohlenstoffkreislauf. Gammastrahlenblitze mischen gelegentlich die irdische Ionosphäre durch. Aber brachten kosmische Explosionen das Leben auf der Erde schon einmal an den Rand der Existenz? Selbst unter dem Eis des arktischen Ozeans findet man Lava speiende Vulkane und Schwarze Raucher. Dies bietet einen neuen Blick auf die geologischen Vorgänge in unserem Planeten.

Spektrum der Wissenschaft – Vom Quant zur Materie

In den letzten Jahrzehnten haben sich Quantenfeldtheorien durchgesetzt, um grundlegende physikalische Phänomene unseres Universums zu erklären. Aber nicht alle physikalischen Effekte lassen sich damit erklären. Manche Erscheinungen lassen sich nicht stimmig in das Standardmodell der Teilchenphysik integrieren. Das reicht von subtilen Effekten wie der Tatsache, dass Neutrinos sich ineinander umwandeln bis hin zur auf großen Skalen wirkenden Schwerkraft. »Vom Quant zur Materie« stellt die subatomaren Spielregeln der Teilchenphysik vor und erklärt deren Bausteine. Wir berichten beispielsweise, wie sich Atome mit Lichtpulsen manipulieren lassen, ob es eine vierte Variante von Neutrinos gibt, und stellen kompakte Plasmabeschleuniger vor.

  • Quellen

Eatough, R. et al.:A Strong Magnetic Field around the Supermassive Black Hole at the Centre of the Galaxy. In: Nature 501, S. 391 - 394, 14. August 2013

Freire, P., Tauris, T.:Direct Formation of Millisecond Pulsars from Rotationally Delayed Accretion-Induced Collapse of Massive White Dwarfs. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 438, S. L86 - L90, 11. Februar 2014

Kennea, J. A. et al.:Swift Discovery of a New Soft Gamma Repeater, SGR J1745-29, near Sagittarius A*. In: The Astrophysical Journal Letters 770, L24, 2013

Mori, K. et al.:NuSTAR Discovery of a 3.76-Second Transient Magnetar near Sagittarius A*. In: The Astrophysical Journal Letters 770, L23, 2013

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