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Pulsare: Rätselhafte Radiosender im Kosmos

Von Thorsten Dambeck

Rotierender Pulsar sendet Strahlung aus: Im Magnetfeld der dichten Neutronensterne entsteht Gammastrahlung (Magenta) Zur Großansicht
NASA/ Fermi/ Cruz deWilde

Rotierender Pulsar sendet Strahlung aus: Im Magnetfeld der dichten Neutronensterne entsteht Gammastrahlung (Magenta)

Seit einem halben Jahrhundert messen Astronomen rhythmische Signale aus dem Weltall: Die Strahlung stammt von rotierenden Sternen - den Pulsaren. Doch die kosmischen Funker enthüllen nur widerwillig ihre Geheimnisse.

Gäbe es eine kosmische Verkehrspolizei, dann sollte sie ein Auge auf das Sternbild Zwillinge werfen. Dort flitzt ein Stern durch den interstellaren Raum, dessen Geschwindigkeit mit 200 Kilometern pro Sekunde das übliche Maß deutlich überschreitet. Genaugenommen ist er kein normaler Stern, sondern ein "Pulsar", also das Überbleibsel einer Sternexplosion. Diese muss, so haben Astronomen berechnet, vor etwa 300.000 Jahren die Umgebung des Sonnensystems erschüttert haben. Der Delinquent ist unter dem Namen "Geminga" bekannt, nach seinem Aufenthaltsort, der Konstellation Gemini (Zwillinge). Derzeit ist er rund 500 Lichtjahre von uns entfernt und gehört damit zu den sonnennächsten bekannten Pulsaren.

Aliens an der Morsetaste?

Weit über tausend Artgenossen Gemingas sind bekannt, der erste wurde 1967 den beiden Briten Jocelyn Bell-Burnell und Anthony Hewish entdeckt. Es war der erste große Fund der damals noch jungen Radioastronomie. Das seltsame Objekt sendete rhythmische "Pulse" ins Weltall. Anfangs rätselten die Forscher, ob sie eventuell die Morsesignale von Aliens aufgefangen hätten, gaben die Idee aber schnell auf. Sie erkannten: Der "Funker" war ein neuer Sternentyp.

Heute gilt als gesichert, dass solche Objekte die rasant rotierenden Relikte massereicher Sterne sind. An ihrem Lebensende werden sie zu Supernovae, das heißt: Sie explodieren. Dabei schleudern sie ihre äußeren Schichten ins All, und ihr Zentrum wird zusammengequetscht. Im Kern dieser Supernovae bildet sich ein winziger, extrem dichter Nachfolgestern, in dem sich die Materie auf kleinstem Raum konzentriert. Eine solche 20-Kilometer-Kugel verfügt über ein starkes Schwerefeld, hinzu kommt ein enormes magnetisches Feld, es ist Billionen Mal stärker als das Erdmagnetfeld und erstreckt sich einige tausend Kilometer ins Weltall hinaus.

Aufnahme des Pulsars "Geminga" im Sternbild Gemini: Zwillingsschwänze aus Strahlung folgen dem Stern Zur Großansicht
ESA

Aufnahme des Pulsars "Geminga" im Sternbild Gemini: Zwillingsschwänze aus Strahlung folgen dem Stern

Das rhythmische Strahlen erklären die Astrophysiker so: Pulsare senden ihre Radiowellen gebündelt ins All. Während die Himmelskörper rotieren, treffen die Wellen immer wieder die Erde - ähnlich wie der Schein eines Leuchtturms, der sich dreht. Eine Antenne auf der Erde registriert also einen kurzen, regelmäßigen Puls. Bei sogenannten Millisekunden-Pulsaren kommen pro Sekunde Hunderte solcher Pulse an.

Das Leuchtturmbild ist eingängig, doch stößt es schnell an seine Grenzen. Denn laut Werner Becker vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik ist auch nach einem halben Jahrhundert Pulsar-Forschung immer noch unbekannt, woher die Strahlung der bizarren Himmelskörper überhaupt kommt. "Es muss sich um einen verwobenen Prozess handeln, in dem Radio-, Röntgen- und Gammastrahlung entsteht, denn viele Pulsare strahlen in mehreren Frequenzbereichen", so der Astrophysiker aus Garching bei München.

Deshalb sind es heute die Röntgensatelliten XMM-Newton und Chandra, die den Pulsar-Forschern auf die Sprünge helfen. Offenbar geben Pulsare ihre Röntgenstrahlung sowohl von ihrer heißen Oberfläche als auch aus dem sie umgebenden Magnetfeld ab. Die gebündelten Radiowellen stammen hingegen aus der Nähe der Oberfläche.

Strahlung entsteht auch im starken Magnetfeld

Auch wo die Quelle der Gamma-Strahlung liegt, war lange unklar. Wie Roger Romani von der kalifornischen Stanford University in der aktuellen Ausgabe von Science berichtet, sind sich die Experten allerdings nun zunehmend einig. Das beruht nicht zuletzt auf der besseren Datenlage, insbesondere durch die Beobachtungen des Fermi-Satelliten der Nasa, der seit 2008 den Gamma-Himmel im Visier hat.

"Der Konsens ist, dass die Gammastrahlung hoch über der Oberfläche der Pulsare entsteht", schreibt Romani. Dort, im irrwitzig starken Magnetfeld, werden geladene Elementarteilchen so stark beschleunigt, dass sie die energiereiche Gammastrahlung abgeben. Die Strahlung entweiche weniger gebündelt, eher in einer breiter Fächerform. Wie allerdings die geladenen Partikel entstehen und um welche es sich genau handelt, ist Becker zufolge noch immer offen.

Auch Exemplare ähnlich wie Geminga hat der Fermi-Satellit vom Erdorbit aus aufgespürt, sie pulsen ebenfalls im Gammabereich. Damit verliert Geminga mehr und mehr seinen Status als Sonderling, den er lange genoss. Obwohl er zu den hellsten Gammastrahlern am Himmel gehört, war bei den Radiowellen nämlich himmlische Ruhe angesagt: Geminga ist "radio-quiet", heißt das im Fachjargon. Auch als Temposünder verdient er vielleicht mehr Nachsicht, denn junge Pulsare treiben es bisweilen noch schlimmer: Mit Spitzenwerte bis zu tausend Kilometern pro Sekunde können die Heißsporne auftrumpfen. Die Extremwerte sind vermutlich im Geburtsprozess begründet, wenn die Explosion, die den Pulsar ins Leben schleudert, unsymmetrisch vonstattengeht.

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insgesamt 11 Beiträge
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1. Geschwindigkeit?
sciing 11.04.2014
Was wollte der Autor damit erzählen? Ich denke, er meinte damit die Rotationsgeschwindigkeit der Sterne auf der Oberfläche. Vielleicht kann er das irgentwie nochmal klar stellen. Die riesigen Sterne schrumpfen ja auf wenige km Größe. Da der Drehimpuls erhalten bleibt, drehen sie sich dann wahnsinnig schnell.
2. Geheimnisse des Weltalls
Vormwalde 11.04.2014
Zitat von sysopESASeit einem halben Jahrhundert messen Astronomen rhythmische Signale aus dem Weltall auf: Die Strahlung stammt von rotierenden Sternen - den Pulsaren. Doch die kosmischen Funker enthüllen nur widerwillig ihre Geheimnisse. http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/funkender-neutronenstern-forscher-erklaeren-ursprung-von-pulsar-signal-a-963761.html
Es wäre zu schön, Beweise zu finden, dass es in der Tiefe des Weltalls intelligentes Leben gäbe, das erfolgreich versucht, auf sich aufmerksam zu machen. Aber gezielt Signale Tausende von Lichtjahren weit auszusenden erfordert eine so große Menge an Energie, die das ganze Unterfangen infrage stellen würde, da unwirtschaftlich, es sei denn, auf dem fernen Planeten gäbe es Energie im Überfluß und die Technologie wäre soweit fortgeschritten, dass auch von Aliens die Suche nach Außerirdischen betrieben werden kann. Denn auch die weit entfernten Aliens werden sich fragen: Sind wir allein? Bleibt zu hoffen, dass die Radioastronomen bald kosmische Funksignale finden, die nicht natürlichen Ursprungs sind.
3. Geschwindigkeit
Layer_8 11.04.2014
Zitat von sciingWas wollte der Autor damit erzählen? Ich denke, er meinte damit die Rotationsgeschwindigkeit der Sterne auf der Oberfläche. Vielleicht kann er das irgentwie nochmal klar stellen. Die riesigen Sterne schrumpfen ja auf wenige km Größe. Da der Drehimpuls erhalten bleibt, drehen sie sich dann wahnsinnig schnell.
Relativgeschwindigkeit zum irdischen Bezugssystem. Wegen asymmetrischer Umwandlung des Sterns, bekommt der Schwerpunkt des Pulsars eine hohe Translationsgeschwindigkeit. Da der Linearimpuls erhalten bleibt, bewegt er sich dann wahnsinnig schnell. Der Gegenimpuls ist auf die ausgestoßene Materie verteilt. Steht doch im Artikel.
4. Nachtrag
Vormwalde 11.04.2014
Zitat von VormwaldeEs wäre zu schön, Beweise zu finden, dass es in der Tiefe des Weltalls intelligentes Leben gäbe, das erfolgreich versucht, auf sich aufmerksam zu machen. Aber gezielt Signale Tausende von Lichtjahren weit auszusenden erfordert eine so große Menge an Energie, die das ganze Unterfangen infrage stellen würde, da unwirtschaftlich, es sei denn, auf dem fernen Planeten gäbe es Energie im Überfluß und die Technologie wäre soweit fortgeschritten, dass auch von Aliens die Suche nach Außerirdischen betrieben werden kann. Denn auch die weit entfernten Aliens werden sich fragen: Sind wir allein? Bleibt zu hoffen, dass die Radioastronomen bald kosmische Funksignale finden, die nicht natürlichen Ursprungs sind.
Ob dann eine sinnvolle Kommunikation zustande käme, sei mal dahingestellt. Denn Zeit spielt auch eine maßgebliche Rolle.
5. Das Leuchtturmbild ist eingängig!
hajoschneider 11.04.2014
Welches Leuchtturmbild? Es wäre schön, wenn der Autor sich in die Position eines Laien hineindenken könnte, um komplexe Sachverhalte so zu erklären, dass auch ein einfach gestrickter Leser die Zusammenhänge versteht. Was meint er z.B. mit Leuchtturmbild? Oder hat er es vielleicht selbst nicht so ganz verstanden?
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