Pulsare sind, was übrig bleibt, wenn ein massereicher Stern einen Gravitationskollaps erleidet und in einer Supernova explodiert. Diese Überreste (auch Neutronensterne genannt) sind extrem dicht, mit mehreren Erdmassen in einem Raum von der Größe eines kleinen Landes. Außerdem verfügen sie über starke Magnetfelder, wodurch sie sich schnell drehen und starke Gamma- oder Röntgenstrahlen aussenden – was ihnen das Aussehen eines Leuchtturms verleiht.
In einigen Fällen drehen sich Pulsare besonders schnell und benötigen nur Millisekunden, um eine einzige Umdrehung zu vollenden. Diese „Millisekunden-Pulsare“ bleiben für Astronomen eine Quelle des Mysteriums. Und nachdem Forscher frühere Beobachtungen weiterverfolgt hatten, nutzten die Niederfrequenz-Array (LOFAR) Radioteleskop in den Niederlanden identifizierte einen Pulsar (PSR J0952-0607), der sich mehr als 42.000 Mal pro Minute dreht, was ihn zum zweitschnellsten jemals entdeckten Pulsar macht.
Die Studie, die ihre Ergebnisse beschrieb, mit dem Titel „ LOFAR Entdeckung des am schnellsten rotierenden Millisekundenpulsars im galaktischen Feld “, erschien vor kurzem inDie Briefe des Astrophysikalischen Journals. Unter der Leitung von Dr. Cees Bassa, einem Astrophysiker der Universität Utrecht und der Niederländisches Institut für Radioastronomie (ASTRON) führte das Team Folgebeobachtungen von PSR J0952-0607 durch, einem Millisekundenpulsar, der sich 3.200 bis 5.700 Lichtjahre entfernt befindet.
Eine Himmelsansicht im Gammastrahlenlicht, die mit dem Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop gemacht wurde. Bildnachweis: NASA/DOE/International LAT Team
Diese Studie war Teil einer laufenden LOFAR-Untersuchung von Energiequellen, die ursprünglich von der NASA identifiziert wurden Fermi Gammastrahlen-Weltraumteleskop . Der Zweck dieser Untersuchung bestand darin, zwischen den von Fermi entdeckten Gammastrahlenquellen zu unterscheiden, die durch Neutronensterne, Pulsare, Supernovae oder die Regionen um Schwarze Löcher verursacht worden sein könnten. Wie Elizabeth Ferrara, ein Mitglied des Entdeckungsteams am Goddard Space Center der NASA, in einem Pressemitteilung der NASA :
„Rund ein Drittel der von Fermi gefundenen Gammastrahlenquellen wurde bei anderen Wellenlängen nicht entdeckt. Viele dieser nicht-assoziierten Quellen können Pulsare sein, aber wir brauchen oft Follow-up von Radioobservatorien, um die Pulse zu erkennen und zu beweisen. Es gibt eine echte Synergie über die äußersten Enden des elektromagnetischen Spektrums bei der Jagd nach ihnen.“
Ihre Folgebeobachtungen zeigten, dass diese spezielle Quelle ein Pulsar war, der sich mit einer Geschwindigkeit von 707 Umdrehungen (Hz) pro Sekunde dreht, was 42.000 Umdrehungen pro Minute entspricht. Dies macht ihn per Definition zu einem Millisekundenpulsar. Das Team bestätigte auch, dass er etwa 1,4 Sonnenmassen hat und alle 6,4 Stunden von einem Begleitstern umkreist wird, der auf weniger als 0,05 Jupitermassen reduziert wurde.
Die Anwesenheit dieses leichten Begleiters ist ein weiterer Hinweis darauf, wie die Drehung dieses Pulsars so schnell wurde. Im Laufe der Zeit wäre Materie vom Stern abgestreift worden und würde allmählich auf PSR J0952?0607 akkretieren. Dies würde nicht nur seine Spinrate erhöhen, sondern auch seine elektromagnetischen Emissionen stark erhöhen. Der Prozess dauert bis heute an, wobei der Stern mit zunehmender Energie des Pulsars immer kleiner wird.
Künstlerische Darstellung eines Pulsars, der Material von einem Begleitstern absaugt. Bildnachweis: NASA
Aufgrund der Natur dieser Beziehung (die nur als „kannibalisch“ bezeichnet werden kann) werden Systeme wie PSR J0952?0607 oft als „Schwarze Witwe“ oder „Redback“-Pulsare bezeichnet. Die meisten dieser Systeme wurden durch die Verfolgung von Quellen gefunden, die von der Fermi-Mission identifiziert wurden, da bekannt ist, dass bei diesem Prozess eine beträchtliche Menge an elektromagnetischer Strahlung freigesetzt wird.
Neben der Entdeckung dieses rekordverdächtigen Pulsars könnte die LOFAR-Entdeckung auch ein Hinweis darauf sein, dass es in unserem Universum eine neue Population ultraschnell drehender Pulsare gibt. Als Dr. Bassa erklärt :
„LOFAR nahm Impulse von J0952 bei Funkfrequenzen um 135 MHz auf, was etwa 45 Prozent niedriger ist als die niedrigsten Frequenzen herkömmlicher Funksuchvorgänge. Wir haben festgestellt, dass J0952 ein steiles Funkspektrum hat, was bedeutet, dass seine Funkimpulse bei höheren Frequenzen sehr schnell ausklingen. Es wäre eine Herausforderung gewesen, es ohne LOFAR zu finden.“
Der schnellste bekannte sich drehende Pulsar, PSR J1748-2446ad, dreht sich nur geringfügig schneller als PSR J0952?0607 – und erreicht eine Geschwindigkeit von fast 43.000 U/min (oder 716 Umdrehungen pro Sekunde). Einige Theoretiker glauben jedoch, dass sich Pulsare mit einer Geschwindigkeit von 72.000 U / min (fast doppelt so schnell) drehen könnten, bevor sie sich auflösen. Dies bleibt eine Theorie, da sich schnell drehende Pulsare ziemlich schwer zu entdecken sind.
Aber mit Hilfe von Instrumenten wie LOFAR könnte sich das ändern. Sowohl PSR J1748-2446ad als auch PSR J0952?0607 zeigten beispielsweise steile Spektren – ähnlich wie Radiogalaxien und Aktive galaktische Kerne . Das gleiche galt für J1552+5437, ein weiterer von LOFAR erkannter Millisekundenpuls, der sich mit 25.000 U/min dreht.
Wie Ziggy Pleunis – Doktorand an der McGill University in Montreal und Co-Autor der Studie – andeutete, könnte dies ein Zeichen dafür sein, dass die sich am schnellsten drehenden Pulsare nur darauf warten, gefunden zu werden.
„Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass die am schnellsten drehenden Pulsare die steilsten Spektren haben“, sagt er genannt . „Da LOFAR-Suchen empfindlicher auf diese Steilspektrum-Radiopulsare reagieren, können wir feststellen, dass sogar noch schnellere Pulsare tatsächlich existieren und bei Erhebungen bei höheren Frequenzen übersehen wurden.“
Wie in vielen anderen Bereichen der astronomischen Forschung ermöglichen Verbesserungen der Instrumentierung und Methodik neue und aufregende Entdeckungen. Wie erwartet, zwingen einige der Dinge, die wir finden, Astronomen dazu, mehr als nur ein paar frühere Annahmen über die Natur und Grenzen bestimmter Phänomene zu überdenken.
Genießen Sie dieses NASA-Video, das „Schwarze Witwen“-Pulsare und die laufende Suche nach ihnen erklärt:
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