(Main) Eine Illustration eines sich schnell drehenden Neutronensterns oder Pulsars (Inset) ein VLITE 340 MHz-Bild von GLIMPSE-C01A vom 27. Februar 2021 (Bildnachweis: NASA/National Radio Astronomy Observatory/NRL/Texas Tech)
Ein sich schnell drehender Neutronenstern, der Strahlen wie ein kosmischer Leuchtturm durch das Universum schickt, wurde von Amaris McCarver, Praktikantin am U.S. Naval Research Laboratory (NRL), Abteilung Fernerkundung, und einem Team von Astronomen entdeckt.
Der sich schnell drehende Neutronenstern, oder „Pulsar“, befindet sich im dichten Sternhaufen Glimpse-CO1, der sich in der galaktischen Ebene der Milchstraße etwa 10.700 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Dieser Millisekunden-Pulsar, der sich Hunderte Male pro Sekunde dreht, ist der erste seiner Art, der im Glimpse-CO1-Sternhaufen gefunden wurde. Das Very Large Array (VLA) entdeckte den Pulsar mit der Bezeichnung GLIMPSE-C01A am 27. Februar 2021, aber er blieb in einer riesigen Datenmenge verborgen, bis McCarver und Kollegen ihn im Sommer 2023 fanden.
Nicht nur die extremen Bedingungen dieser Neutronensterne machen sie zu idealen Laboratorien, um die Physik unter Bedingungen zu studieren, die nirgendwo sonst im Universum zu finden sind, sondern ihre ultrapräzise Zeitmessung bedeutet auch, dass Arrays von Pulsaren als kosmische Zeitmesser verwendet werden können. Diese Anordnungen sind so präzise, dass sie dazu verwendet werden können, die unendlich kleinen Quetschungen zu messen, die beim Vorbeiziehen von Wellen in Raum und Zeit, den so genannten Gravitationswellen, entstehen. Eine mögliche praktische Anwendung ist die Schaffung eines „himmlischen GPS“, das für die Navigation im Weltraum verwendet werden kann.
McCarver und ihr Team fanden das Objekt, als sie Bilder des Low-band Ionosphere and Transient Experiment (VLITE) des VLA untersuchten, um nach neuen Pulsaren in 97 Sternhaufen zu suchen.
„Es war aufregend, so früh in meiner Karriere zu sehen, dass ein spekulatives Projekt so erfolgreich war“, sagte McCarver, eine von 16 Praktikanten in der Abteilung für Radio-, Infrarot- und optische Sensoren am NRL DC, in einer Erklärung.
Der Pulsar GLIMPSE-C01, gesehen vom Very Large Array am 27. Februar 2021 (Bildnachweis: National Radio Astronomy Observatory/NRL/Texas Tech)
Inhaltsübersicht
Die toten Sterne des Universums
Wie alle Neutronensterne werden Millisekundenpulsare geboren, wenn Sterne mit einer Masse von mehr als dem Achtfachen der Sonnenmasse das Ende ihres Lebens erreichen. Sobald ihre Brennstoffvorräte für die Kernfusion erschöpft sind, erlischt die nach außen gerichtete Energie, die diese Sterne gegen den nach innen gerichteten Druck ihrer eigenen Schwerkraft stützt.
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Dadurch kollabieren die Kerne dieser Sterne und lösen Schockwellen in den äußeren Schichten der Sterne aus, was dazu führt, dass der Großteil ihrer Masse in gewaltigen Supernovaexplosionen ausgestoßen wird.
Der sich verdichtende Sternkern presst Elektronen und Protonen zusammen und schafft so ein Meer von Neutronen, neutralen Teilchen, die normalerweise in Atomkernen neben positiv geladenen Protonen eingeschlossen sind. Diese neutronenreiche Suppe ist so dicht, dass ein Esslöffel davon über 1 Milliarde Tonnen wiegen würde, wenn er auf die Erde gebracht würde. Das ist schwerer als der größte Berg auf unserem Planeten, der Mount Everest (ironisch, da dieser Pulsar unter einem Berg von Daten gefunden wurde) Die Entstehung eines Neutronensterns mit der Masse der Sonne auf einer Breite von etwa 20 Kilometern hat noch andere extreme Folgen. Dank der Drehimpulserhaltung beschleunigt die rasche Verringerung des Radius eines toten Sternkerns dessen Rotation. Dies ist das kosmische Äquivalent zu einem Schlittschuhläufer, der seine Arme einzieht, um die Geschwindigkeit seiner Drehung zu erhöhen, aber auf einer ganz anderen Ebene, die es einigen Neutronensternen ermöglicht, Rotationsgeschwindigkeiten von bis zu 700 Umdrehungen pro Sekunde zu erreichen.
Millisekunden-Pulsare können auch einen Geschwindigkeitsschub erhalten, indem sie Materie von einem Begleitstern in ihrer Nähe abstreifen – wie ein kosmischer Vampir. Diese Materie trägt auch einen Drehimpuls mit sich.
Wolken geladener Teilchen bewegen sich entlang der Magnetfeldlinien eines Pulsars (blau) und erzeugen in dieser Abbildung einen leuchtturmartigen Strahl aus Gammastrahlen (lila). (Bildnachweis: NASA)
Bei der Geburt eines Neutronensterns werden auch die Magnetfeldlinien zusammengeführt, wodurch einige der stärksten Magnetfelder im Universum entstehen.
Diese Feldlinien leiten geladene Teilchen zu den Polen der sich schnell drehenden Pulsare, von wo aus sie als Jets ausgestoßen werden. Diese Jets werden von Strahlen elektromagnetischer Strahlung begleitet, die periodisch auf die Erde gerichtet sein können, während sie mit der Rotation des Pulsars umherschwirren. Dies ist dafür verantwortlich, dass der Pulsar periodisch heller zu werden scheint. Der Name „Pulsar“ bezieht sich auf die Tatsache, dass Wissenschaftler bei ihrer ersten Entdeckung durch Jocelyn Bell Burnell am 28. November 1967 dachten, diese extrem toten Sterne seien buchstäblich pulsierende Sterne.
Nachdem das Team GLIMPSE-C01A in riesigen Datenmengen des VLA gefunden hatte, bestätigte es seine Existenz durch die erneute Verarbeitung von archivierten Himmelsdurchmusterungsdaten des Robert C. Byrd Green Bank Teleskops.
„Diese Forschung unterstreicht, wie wir Messungen der Radiohelligkeit bei verschiedenen Frequenzen nutzen können, um neue Pulsare effizient zu finden, und dass verfügbare Himmelsdurchmusterungen in Kombination mit dem Berg von VLITE-Daten bedeuten, dass diese Messungen im Wesentlichen immer verfügbar sind“, sagte Tracy E. Clarke, ein Astronom in der NRL-Abteilung für Fernerkundung, in der Erklärung. „Dies öffnet die Tür zu einer neuen Ära der Suche nach weit verstreuten und stark beschleunigten Pulsaren.“
„Millisekunden-Pulsare bieten eine vielversprechende Methode für die autonome Navigation von Raumfahrzeugen aus einer niedrigen Erdumlaufbahn in den interstellaren Raum, unabhängig von Bodenkontakt und GPS-Verfügbarkeit“, fügte Emil Polisensky, ebenfalls Astronom der NRL Remote Sensing Division, in der Erklärung hinzu. „Die Bestätigung eines neuen Millisekunden-Pulsars, der von Amaris identifiziert wurde, unterstreicht das aufregende Entdeckungspotenzial der VLITE-Daten des NRL und die Schlüsselrolle, die studentische Praktikanten in der Spitzenforschung spielen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in einem am 27. Juni in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlichten Artikel detailliert beschrieben.
Aktualisierung der Redaktion am 5.7.: Der neu entdeckte Pulsar befindet sich 10.700 Lichtjahre von uns entfernt. Dieser Artikel wurde aktualisiert, um dies zu berücksichtigen.
