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Der Diamantplanet

26.08.2011
Radiobeobachtungen zeigen die Umwandlung eines Sternsystems in einen Millisekundenpulsar und seinen planetaren Begleiter

Ein Stern, der sich in einen Planeten aus Diamant verwandelt? Was wie Science-Fiction klingt, scheint Realität zu sein. Die Entdeckung gelang einem internationalen Team mit Wissenschaftlern aus Australien, Italien, Großbritannien, den USA und Deutschland, darunter Michael Kramer vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Die Forscher fanden den Diamantplaneten mit dem australischen 64-Meter-Parkes-Radioteleskop. Offenbar kreist er um einen ungewöhnlichen Stern mit extrem hoher Dichte, einen Pulsar.


Ein verrücktes Paar: Das Bild zeigt den Millisekundenpulsar PSR J1719-1438 mit 5,7 ms Pulsperiode im Zentrum sowie die Umlaufbahn des Planeten im Vergleich zur Größe der Sonne (in Gelb markiert). © Matthew Bailes


Das 64-Meter-Parkes-Radioteleskop in Australien.
© CSIRO Astronomy and Space Science (CASS)

Pulsare stellen extreme Endstadien der Sternentwicklung dar. Es sind schnell rotierende Neutronensterne von der Größe einer Stadt wie Köln, die einen stark gebündelten Strahl von Radiowellen aussenden. Streicht dieser Strahl aufgrund der Rotation des Sterns – ähnlich dem Lichtkegel eines Leuchtturms – über die Erde, fangen Radioteleskope ein regelmäßiges Signal auf, das zu pulsieren scheint. Daher heißt ein solches Objekt Pulsar.

Bei dem neu entdeckten Pulsar mit der Bezeichnung PSR J1719-1438 bemerkten die Astronomen eine regelmäßige Modulation in den Ankunftszeiten der Signale. Verursacht wird diese „Störung“ offenbar durch die Gravitation eines massearmen Begleiters. Die Art der Modulation verriet den Forschern einiges über den kleinen Himmelskörper: Mit einem Durchmesser von nur 60000 Kilometern ist er etwa halb so groß wie Jupiter. Er umkreist den Pulsar in gerade mal zwei Stunden und zehn Minuten in einem Abstand von 600000 Kilometern – das ist etwas weniger als der Radius unserer Sonne. Damit läuft der Planet so nah um den Pulsar, dass ihn die Schwerkraft eigentlich auseinanderreißen müsste.

„Die Dichte des Planeten ist mindestens so hoch wie die von Platin und verrät uns viel über seinen Ursprung“, sagt der Leiter des Teams, Matthew Bailes von der Swinburne University of Technology in Australien. Die Wissenschaftler glauben, dass der Begleitplanet der winzige Kern eines einst massereichen Sterns ist. Nur knapp entging er der Zerstörung, da seine übrige Materie einst von dem Pulsar aufgesogen wurde.

J1719-1438 gehört zu einer extrem schnell rotierenden Sorte von Neutronensternen, Millisekundenpulsare genannt. Er dreht sich mehr als 10000-mal pro Minute um die eigene Achse, hat die 1,4-fache Masse der Sonne, aber einen Radius von nur rund 20 Kilometern. Ungefähr 70 Prozent der Pulsare besitzen Partner unterschiedlicher Art. Die Astronomen nehmen an, dass es diese Begleiter sind, die noch als Stern einen alten, langsam rotierenden Pulsar durch den Transfer von Masse auf eine sehr hohe Umlaufgeschwindigkeit beschleunigen. Das Resultat ist ein schnell rotierender Millisekundenpulsar mit einem in der Masse geschrumpften Begleiter – häufig einem Weißen Zwerg.

Beim Objekt PSR J1719-1438 ist das Paar so dicht beisammen, dass es sich bei dem Begleiter nur um einen sehr stark massereduzierten Weißen Zwerg handeln kann, der seine gesamten äußeren Schichten und mehr als 99,9 Prozent der ursprünglichen Masse verloren hat. Der Rest dürfte überwiegend aus Kohlenstoff und Sauerstoff bestehen, denn mit leichteren Elementen wie Wasserstoff und Helium lassen sich die aus den Beobachtungen erhaltenen Daten nicht erklären. Die abgeleitete Dichte lässt darauf schließen, dass das Material mit Sicherheit in einem kristallinen Zustand vorliegt; ein großer Teil des Sterns könnte daher ähnlich wie ein Diamant aufgebaut sein.

„Das endgültige Schicksal dieses Doppelsterns hängt von Masse und Umlaufperiode des Gebersterns zur Zeit des Massentransfers ab. Das seltene Auftreten von Millisekundenpulsaren mit Begleitern von Planetenmasse bedeutet, dass die Entstehung solcher exotischen Planeten eher die Ausnahme als die Regel darstellt und das Zusammentreffen von speziellen Bedingungen erforderlich macht“, sagt Benjamin Stappers von der Universität Manchester.

Die Daten zu dem Pulsar-Planeten-Paar wurden durch nachfolgende Beobachtungen mit dem Lovell-Radioteleskop in Großbritannien sowie einem der beiden Keck-Teleskope auf Hawaii bestätigt. Das System liegt etwa 4000 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbilds Serpens (Schlange) in der Ebene unserer Milchstraße. Der Pulsar selbst wurde in einer Datenmenge von insgesamt 200000 Gigabyte identifiziert – mithilfe von speziellen Analyseprogrammen auf Supercomputern an der Swinburne University of Technology, der Universität Manchester und am INAF-Osservatorio Astronomico di Cagliari auf Sardinien.

Das Projekt ist Teil einer systematischen Suche nach Pulsaren am gesamten Firmament, an der sich das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie mit Messungen in der nördlichen Hemisphäre beteiligt. „Wir haben hier die bisher größte und empfindlichste Kartierung von Pulsaren am ganzen Himmel“, sagt Michael Kramer, Direktor am Bonner Max-Planck-Institut. „Wir erwarten eine Reihe von aufregenden neuen Ergebnissen mit diesem Programm. Es ist schön zu sehen, dass dies bereits losgeht und es wird noch mehr kommen. Denn es gibt noch eine ganze Menge, was wir über Pulsare und fundamentale Physik in den kommenden Jahren herausfinden wollen.“

Ansprechpartner
Dr. Norbert Junkes
Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn
Telefon: +49 228 525-399
E-Mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de
Prof. Dr. Michael Kramer
Direktor
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn
Telefon: +49 228 525-278
Fax: +49 228 525-436
E-Mail: mkramer@mpifr-bonn.mpg.de
Originalveröffentlichung
M. Bailes et al.
Transformation of a Star into a Planet in a Millisecond Pulsar Binary
Science, 26. August 2011

Dr. Norbert Junkes | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/4403392/Diamantplanet_Pulsar_Neutronensterne

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