Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein sprunghafter Pulsar

24.07.2012
Max-Planck-Wissenschaftler entdecken jungen und hochenergetischen Neutronenstern mit außergewöhnlich unruhiger Rotation
Pulsare sind kosmische Leuchttürme der Superlative. Die kompakten Neutronensterne drehen sich mehrmals pro Sekunde um die eigene Achse und senden dabei Radio- und Gammastrahlung ins All. Mithilfe raffinierter Datenanalyse haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI, Hannover) und des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in internationaler Kooperation nun einen ganz besonderen Gammapulsar aus den Daten des NASA-Weltraumobservatoriums Fermi gefischt: Das Objekt mit der Bezeichnung PSR J1838-0537 ist sehr jung und erfuhr während der Beobachtungszeit den bisher stärksten bei reinen Gammapulsaren beobachteten Ruck in seiner Drehbewegung.

Reine Gammapulsare lassen sich sehr schwer identifizieren, denn ihre Eigenschaften wie etwa die Rotationsperiode und deren zeitliche Änderung sind unbekannt. Und auch ihre exakte Position am Himmel können die Astronomen aus den ursprünglichen Fermi-Beobachtungen nur näherungsweise bestimmen. Sie müssen daher die Existenz eines Pulsarsignals bei einer Vielzahl von Kombinationen dieser Eigenschaften in einer rechenzeitaufwändigen Blindsuche überprüfen. Eine versteckte Periodizität in den Ankunftszeiten der Gammaphotonen lässt sich so nur mit großem Aufwand aufspüren.

Auch Hochleistungs-Rechnersysteme geraten dabei schnell an ihre Grenzen. Doch die Forscher nutzten ursprünglich zur Analyse von Gravitationswellendaten entwickelte Algorithmen, um die Fermi-Daten besonders effizient zu durchsuchen. „Mithilfe eines hierarchischen Algorithmus konnten wir diese Aufgabe auf dem Rechnercluster ATLAS am Albert-Einstein-Institut in Hannover bewältigen“, sagt Bruce Allen, Direktor am AEI. So verkündete Allens Team bereits im November 2011 die Entdeckung von neun neuen Fermi-Gammapulsaren, die allen vorherigen Suchen entgangen waren. Nun machten die Wissenschaftler mit derselben Methode einen weiteren außergewöhnlichen Fund.

Der Name des neu entdeckten Pulsars – J1838-0537 – ergibt sich aus seinen Himmelskoordinaten. „Der Pulsar ist mit einem Alter von 5000 Jahren sehr jung. Er dreht sich rund siebenmal pro Sekunde um die eigene Achse und befindet sich am Himmel in Richtung des Sternbilds Schild“, sagt Holger Pletsch, Wissenschaftler in Allens Gruppe und Erstautor der jetzt veröffentlichten Studie. „Nach der Entdeckung waren wir sehr überrascht, dass der Pulsar zuerst nur bis September 2009 sichtbar war. Danach schien er plötzlich zu verschwinden.“

Erst mit einer aufwändigen Folgeanalyse kam ein internationales Wissenschaftlerteam um Pletsch dem Geheimnis von Pulsar J1838-0537 auf die Spur: Er verschwand nicht, sondern erfuhr einen Ruck (englisch glitch), nach dem er sich plötzlich um 38 Millionstel Hertz schneller drehte als zuvor. „Diese Differenz mag verschwindend klein erscheinen, doch es ist der größte jemals bei einem reinen Gammapulsar gemessene Glitch“, erklärt Allen. Und dieses Verhalten hat Folgen.

„Bereits nach acht Stunden geht dadurch in unserer Zählung eine komplette Umdrehung des Pulsars verloren und wir können nicht mehr feststellen, zu welcher Rotationsphase die Gammaphotonen den Detektor an Bord von Fermi erreichten“, ergänzt Pletsch. Das Blinken des Neutronensterns werde auf diese Weise praktisch unsichtbar. Berücksichtigen die Forscher den Glitch und korrigieren die Rotationsänderung, taucht der Pulsar erneut in den Messdaten auf.

Die genaue Ursache der bei vielen jungen Pulsaren beobachteten Glitches ist bislang unbekannt. Astronomen ziehen Beben der Neutronensternkruste oder Wechselwirkungen des suprafluiden Sterninneren mit der Kruste als mögliche Erklärungen heran. „Eine große Zahl vor allem von starken Glitches bei Pulsaren zu erfassen, bietet eine Möglichkeit, mehr über den inneren Aufbau dieser kompakten Himmelskörper zu erfahren“, sagt Lucas Guillemot, vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, der Zweitautor der Studie. “Das ist ein schönes Beispiel für die Zusammenarbeit zweier Max-Planck-Institute mit einander ergänzenden Forschungsschwerpunkten“, so Michael Kramer, Direktor am MPIfR und Leiter der Forschungsgruppe „Radioastronomische Fundamentalphysik“.

Nach der Entdeckung in den Daten des Fermi-Satelliten richteten die Forscher das Radioteleskop bei Green Bank im US-amerikanischen West Virginia auf die Himmelsposition des Gammapulsars. In einer fast zweistündigen Beobachtung sowie bei der Analyse einer weiteren einstündigen älteren Beobachtung der Quelle fanden sich keine Anzeichen von Pulsationen im Radiobereich: J1838-0537 ist demnach mit großer Wahrscheinlichkeit ein reiner Gammapulsar.

Auffällige Übereinstimmungen gab es hingegen mit Beobachtungen des High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in Namibia, das nach hochenergetischer Gammastrahlung aus den Tiefen des Alls sucht. Astronomen fanden in einer Durchmusterung mit H.E.S.S. nahe dem nun entdeckten Pulsar eine ausgedehnte Quelle solcher Strahlung, konnten deren Natur aber bisher nicht klären.

Die Entdeckung des Pulsars legt nahe, dass es sich bei der H.E.S.S.-Quelle um einen Pulsarwind-Nebel handelt. Dieser wird von fast lichtschnellen Teilchen erzeugt, die der Pulsar in seinem extrem starken Magnetfeld beschleunigt. Da nun der genaue Ort des Pulsars bekannt ist, kann H.E.S.S. dies zukünftig berücksichtigen und eine höhere Messgenauigkeit als zuvor in dieser Himmelsregion erreichen.

Der ATLAS-Computercluster des Albert-Einstein-Instituts hat damit bereits bei der Entdeckung des zehnten zuvor unbekannten Gammapulsars geholfen, doch Allens Team hat inzwischen weitere Rechenkapazitäten mobilisiert. „Seit August 2011 läuft unsere Suche auch auf dem verteilten Rechenprojekt Einstein@Home, das eine vielfach höhere Rechenkraft als der ATLAS-Cluster hat. Wir sind sehr optimistisch, weitere außergewöhnliche Gammapulsare in den Fermi-Daten aufzuspüren“, sagt Bruce Allen. Ziel der erweiterten Suche ist unter anderem die Entdeckung des ersten reinen Gammapulsars mit einer Rotationsperiode im Millisekundenbereich.

Ansprechpartner:

Dr. Holger J. Pletsch
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Teilinstitut Hannover
Telefon: +49 511 762-17171
E-Mail: holger.pletsch@­aei.mpg.de

Prof. Dr. Bruce Allen
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Teilinstitut Hannover
Telefon: +49 511 762-17148
E-Mail: bruce.allen@­aei.mpg.de

Dr. Benjamin Knispel
Pressekontakt
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Teilinstitut Hannover
Telefon: +49 511 762-19104
E-Mail: benjamin.knispel@­aei.mpg.de

Originalveröffentlichung:
Holger J. Pletsch, L. Guillemot, B. Allen, M. Kramer et al.
PSR J1838-0537: Discovery of a young, energetic gamma-ray pulsar
The Astrophysical Journal Letters, im Druck

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/5913805/Hintergrundinformationen
http://www.aei.mpg.de/hannover-de/66-contemporaryIssues/home/index.php
http://www.aei.mpg.de/deutsch/aktuelles/home/index.php

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation
13.12.2017 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Einmal durchleuchtet – dreifacher Informationsgewinn
11.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rest-Spannung trotz Megabeben

13.12.2017 | Geowissenschaften

Computermodell weist den Weg zu effektiven Kombinationstherapien bei Darmkrebs

13.12.2017 | Medizin Gesundheit

Winzige Weltenbummler: In Arktis und Antarktis leben die gleichen Bakterien

13.12.2017 | Geowissenschaften