Eine Illustration eines Pulsars, eines sich schnell drehenden Neutronensterns, der Strahlen wie ein kosmischer Leuchtturm durch den Raum schickt (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Man kann ein gutes Teleskop ausschalten, aber man kann es nicht aufhalten. Anhand der Daten des inzwischen zerstörten Arecibo-Radioteleskops haben Wissenschaftler des SETI-Instituts (Search for Extraterrestrial Intelligence) die Geheimnisse der Signale von „kosmischen Leuchttürmen“ gelüftet, die von toten Sternen gespeist werden.
Das Team unter der Leitung von Sofia Sheikh vom SETI-Institut interessierte sich insbesondere dafür, wie die Signale von Pulsaren auf ihrer Reise durch den Weltraum verzerrt werden. Pulsare sind dichte Sternüberreste, so genannte Neutronensterne, die Strahlen aussenden, die durch den Kosmos schwirren, während sie sich drehen. Um zu untersuchen, wie die Signale dieser Sterne im Weltraum verzerrt werden, griff das Team auf Archivdaten von Arecibo zurück, einer 305 Meter (1.000 Fuß) großen, aufgehängten Radioantenne, die am 1. Dezember 2020 zusammenbrach, nachdem die sie tragenden Kabel gerissen waren und Löcher in die Antenne geschlagen hatten.
Die Forscher untersuchten 23 Pulsare, darunter 6, die zuvor nicht untersucht worden waren. Diese Daten enthüllten Muster in den Signalen der Pulsare, die zeigen, wie sie von der Passage durch Gas und Staub zwischen den Sternen, dem sogenannten „interstellaren Medium“, beeinflusst wurden.
Wenn die Kerne massereicher Sterne schnell kollabieren und Neutronensterne entstehen, können sie Pulsare erzeugen, die sich dank der Erhaltung des Drehimpulses bis zu 700 Mal pro Sekunde drehen können.
Als Pulsare 1967 von Jocelyn Bell Burnell entdeckt wurden, vermuteten einige, dass das häufige und sehr regelmäßige Pulsieren dieser Überreste Signale von intelligentem Leben überall im Kosmos seien. Nur weil wir heute wissen, dass das nicht der Fall ist, bedeutet das nicht, dass SETI das Interesse an Pulsaren verloren hat!
Eine Luftaufnahme der massiven Radioschüssel des Arecibo-Observatoriums nach dem Einsturz des Teleskops. Das tote Teleskop hat immer noch Auswirkungen auf die Wissenschaft (Bildnachweis: Ricardo Arduengo/AFP via Getty Images)
Die Radiowellenverzerrungen, für die sich das Team interessierte, werden als diffraktive interstellare Szintillation (DISS) bezeichnet. DISS ist in etwa vergleichbar mit den kräuselnden Schattenmustern, die man am Boden eines Schwimmbeckens sieht, wenn Licht durch das Wasser darüber fällt.
Anstelle von Wellen im Wasser wird DISS durch geladene Teilchen im interstellaren Medium verursacht, die Verzerrungen in Radiowellensignalen verursachen, die von Pulsaren zu Radioteleskopen auf der Erde übertragen werden.
Eine Illustration zeigt, wie das Signal eines fernen Pulsars auf seinem Weg zur Erde durch eine interstellare Wolke verzerrt wird (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Die Untersuchung des Teams ergab, dass die Bandbreiten der Pulsarsignale größer sind, als es die derzeitigen Modelle des Universums vermuten lassen. Dies bedeutete auch, dass die aktuellen Modelle des interstellaren Mediums möglicherweise überarbeitet werden müssen.
Die Forscher fanden heraus, dass die DISS-Daten besser erklärt werden konnten, wenn galaktische Strukturen wie die Spiralarme der Milchstraße berücksichtigt wurden. Dies legt nahe, dass man sich den Herausforderungen bei der Modellierung der Struktur unserer Galaxie stellen sollte, um die galaktischen Strukturmodelle kontinuierlich zu aktualisieren.
Das NANOGrav-Projekt detektiert Gravitationswellen durch die genaue Beobachtung einer Reihe von Pulsaren. (Bildnachweis: David Champion)
Die Funktionsweise der Signale von Pulsaren zu verstehen, ist für Wissenschaftler wichtig, da die hochpräzisen periodischen Signale von Pulsaren, wenn sie in großen Arrays betrachtet werden, als Zeitmessungsmechanismus verwendet werden können.
Astronomen nutzen diese „Pulsar-Timing-Arrays“, um die winzigen Verzerrungen in Raum und Zeit zu messen, die durch den Durchgang von Gravitationswellen verursacht werden. Ein aktuelles Beispiel ist die Verwendung des NANOGrav-Pulsar-Arrays zur Erkennung des schwachen Signals des Gravitationswellenhintergrunds, der vermutlich von supermassereichen Schwarzen Löchern und Verschmelzungen im sehr frühen Universum herrührt. Ein besseres Verständnis von DISS könnte dazu beitragen, den Nachweis von Gravitationswellen durch Projekte wie NANOGrav zu verfeinern.
„Diese Arbeit demonstriert den Wert großer, archivierter Datensätze“, sagte Sheikh in einer Erklärung. „Selbst Jahre nach dem Zusammenbruch des Arecibo-Observatoriums liefern seine Daten weiterhin wichtige Informationen, die unser Verständnis der Galaxie und unsere Fähigkeit zur Untersuchung von Phänomenen wie Gravitationswellen verbessern können.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 26. November in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht.
