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Neutronensterne: Das Verlöschen eines kosmischen Leuchtturms

Die präzise Beobachtung von Radiopulsen eines schnell rotierenden Pulsars erlauben eine Aufsehen erregende Prognose: Ab dem Jahr 2028 wird der Pulsar für 42 Jahre verstummen.
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Radioastronomen einer internationalen Forschergruppe um Gregory Desvignes vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn beobachteten 14 Jahre lang einen Pulsar, also einen sehr schnell rotierenden Neutronenstern. Sie berichten heute im Fachblatt »Science« von einer wegweisenden Vorhersage für diesen Radiopulsar und bestätigen damit eine mehr als 50 Jahre alte Theorie zur Entstehung des »Radio-Blinkens«: Schon in wenigen Jahren werden seine Radiopulse ausbleiben.

Blick ins Innere eines Pulsars (künstlerische Darstellung)Laden...
Blick ins Innere eines Pulsars | Neue Untersuchungen einer internationalen Forschergruppe erlauben es, das Verhalten eines Pulsars in den nächsten Jahrzehnten vorherzusagen. Durch die Präzession der Rotationsachse (blauer und roter Pfeil) des kompakten Neutronensterns wird sich die Lage der beiden Strahlungskegel im Raum so verändern, dass uns ab dem Jahr 2028 für rund 42 Jahre keine Radiopulse mehr erreichen werden. In Grün ist das starke Magnetfeld des Neutronensterns verdeutlicht, das in der Nähe der Magnetfeldpole Radiowellen erzeugt (hellbraune Kegel).

Die Forscher beobachteten von 2004 bis 2018 den Pulsar PSR J1906+0746 im Sternbild Adler, der Teil eines Doppelsternsystems ist. Der Neutronenstern, ein kompaktes Objekt mit einem Durchmesser von rund 20 Kilometern, aber einer Masse vom mehr als dem anderthalbfachen der Masse unserer Sonne, dreht sich in nur 144 Millisekunden einmal um seine Achse. Neutronensterne besitzen sehr starke Magnetfelder und geben von den Magnetfeldpolen jeweils einen eng gebündelten Strahl von Radiowellen ab. Überstreicht einer dieser Strahlen bei der Rotation eines solchen Radiopulsars unsere Erde, so lässt sich ein kurzer, starker Radiopuls auffangen. Diese treffen mit der Genauigkeit einer Atomuhr bei uns ein, da Neutronensterne sehr stabil rotieren.

Der Pulsar PSR J1906+0746 umkreist mit einem weiteren, im Radiobereich unsichtbaren Neutronenstern in vier Stunden einmal den gemeinsamen Schwerpunkt. Da sich in diesem kompakten Sternsystem große Massen auf engstem Raum befinden, eignet sich ein solcher Doppelneutronenstern dafür, die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein zu überprüfen und mit ihrer Hilfe Vorhersagen für die Zukunft zu treffen. Der Effekt, der dabei zum Tragen kommt, ist die relativistische Spinpräzession. Dabei wird die Rotationsachse eines Neutronensterns durch Gesamtrotation des Systems beeinflusst. Physiker bezeichnen das als Wechselwirkung von Drehimpulsen.

Die Präzession – also die Verlagerung der räumlichen Lage der Rotationsachse des Neutronensterns – sorgt dafür, dass sich die Sichtbarkeitsbedingungen der Radiopulse verändern. Dies konnte nun durch die Auswertung von Radiowellenbeobachtungen über 14 Jahre hinweg genau dokumentiert werden. Zu Anfang der Untersuchungen ließen sich noch von beiden Magnetfeldpolen Radiopulse auffangen, wobei die »nördlichen« und die »südlichen« Strahlungsbündel im Lauf der Umdrehung des Neutronensterns abwechselnd zur Erde wiesen. Mit der Zeit verschwand aber das Signal des nördlichen Strahlungsbündels und nur noch der südliche Puls blieb messbar.

Es handelt sich um eine bislang erstmalige Beobachtung dieses Effekts mit entscheidenden Konsequenzen: Das Team um Desvignes sagt für den Pulsar PSR J1906+0746 voraus, dass uns ab dem Jahr 2028 von ihm keine Radiopulse mehr erreichen werden. Der Pulsar wird verstummen. Erst ab dem Jahr 2070 dürften sich wieder Radiopulse von ihm auffangen lassen. Vom nördlichen Strahlungsbündel dürften die Radioastronomen sogar erst im Zeitraum zwischen 2085 und 2105 wieder etwas registrieren. Diese Untersuchungen gestatten auch Rückschlüsse auf die Größe des Bereichs, in dem die Radiowellen im Magnetfeld des Neutronensterns entstehen, so dass die Astronomen mehr über diese Exoten des Alls lernen können.

37/2019

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 37/2019

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