Rätsel um Rotationsbremse bei Millisekunden-Pulsaren gelöst

5. Februar 2012, 23:31
22 Postings

Neutronensterne saugen von Nachbarn Materie ab und werden dadurch schneller - Ist der Partnerstern erschöpft, verlangsamt der Pulsar wieder seine Umdrehung

Manche Neutronensterne brauchen für eine Umdrehung nur Bruchteile von Sekunden. Im Laufe ihres Daseins steigern diese Himmelskörper sogar noch ihre Rotationsgeschwindigkeit - bis sie ohne zunächst sichtbarer Ursache plötzlich langsamer werden. Lange Zeit rätselten Astronomen darüber, was diese Objekte zu ihrem ungewöhnlichen Verhalten veranlasst. Ein Astrophysiker am Max-Planck-Institut für Radioastronomie und am Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn hat nun dieses Geheimnis gelüftet: Wie ein Vampir saugt der Neutronenstern von seinem Nachbarn Materie ab und wird dadurch schneller. Ist der Partnerstern erschöpft, verlangsamt der "Parasit" wieder seine Rotation.

Ein Pulsar ist ein schnell rotierender Neutronenstern, der sich wie ein Kreisel um die eigene Achse dreht. Ähnlich einem Leuchtturm schickt er dabei regelmäßig wiederkehrend Strahlen zur Erde. Pulsare entstehen bei Supernova-Explosionen von massereichen Sternen. Sie ziehen sich dabei stark zusammen. Wie eine Eiskunstläuferin, die bei einer Pirouette die Arme anlegt, beschleunigen die Neutronensterne sehr stark ihre Umdrehung.

Abgebremste Turbosterne

Doch die Lampe eines Leuchtturms dreht sich vergleichsweise gemächlich im Vergleich zu den Pulsaren. Die am schnellsten rotierenden sind die so genannten Millisekunden-Pulsare, die nur wenige Tausendstel Sekunden für eine Umdrehung benötigen. Rund 200 dieser speziellen Himmelsobjekte sind heute bekannt. Ein ungelöstes Rätsel der Wissenschaft war bislang die Frage, warum solche Turbo-Sterne plötzlich wieder langsamer werden - so als würde sie eine unsichtbare Macht abbremsen.

Der dänische Astrophysiker Thomas Tauris arbeitet zugleich am Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn und am benachbarten Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Er ist hinter das Geheimnis dieser ungewöhnlichen Abbremsung gekommen. "Der Millisekunden-Pulsar rotiert so schnell, weil ein Partnerstern Masse auf ihn überträgt", sagt Tauris, der Autor der Studie, die im Fachjournal "Science" veröffentlicht wurde. "Das Ergebnis dieses Doppelsternsystems gleicht einem Mühlrad, das von der Wassermasse angetrieben und beschleunigt wird." Da in dem Doppelsternsystem der eine Partner auf Kosten des anderen Masse absaugt, verhält sich der Millisekunden-Pulsar darüber hinaus wie ein hungriger Vampir.

Während der Millisekunden-Pulsar durch seine "Leuchtturm-Signale" gut von der Erde aus zu erkennen ist, wirkt der Nachbarstern im Verborgenen. Irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem der Partnerstern keine Masse mehr auf den Pulsar überträgt. "Dann dehnt sich die Magnetosphäre des Millisekunden-Pulsars aus und wird größer", berichtet Tauris. "Wie mit einem Propeller wird dann das einfallende Material herausgewirbelt." Im Ergebnis verlangsamt der Neutronenstern seine Umdrehungen. Das Phänomen lässt sich abermals anhand der Eiskunstläuferin veranschaulichen: Wenn sie bei der Pirouette die Arme ausbreitet, dann verlangsamt sich ihre Rotationsgeschwindigkeit.

Zwei Phasen einer Entwicklung

Anhand von numerischen Berechnungen auf der Grundlage von Sternentwicklungsmodellen untersuchte der Wissenschafter die Auswirkungen des Massenzuwachses. "Es konnte gezeigt werden, dass die Millisekunden-Pulsare in der Schlussphase ungefähr die Hälfte ihrer Rotationsenergie verlieren", sagt Tauris. Darüber hinaus lässt sich mit diesen Berechnungen erklären, warum manche Pulsare Röntgen-Strahlung und andere wiederum Radiowellen aussenden. Solange Materie vom Nachbarstern übertragen und der Pulsar beschleunigt wird, sendet er extrem kurzwellige Röntgenstrahlung aus. Sobald aber der Materiestrom unterbrochen ist und eine Verlangsamung eintritt, kommt es zur Ausstrahlung deutlich länger welliger Radiostrahlen. "Es handelt sich dabei also um zwei verschiedene Phasen der selben Entwicklung", sagt Tauris. Diese Theorie wird durch Messungen bestätigt. "Die Ergebnisse dieser Berechnungen stimmen mit den Beobachtungsergebnissen überein", sagt der Astrophysiker. (red)

  • Bild nicht mehr verfügbar

    Ist das Material des Partnersterns erst mal aufgebraucht, dann verlangsamt sich die Rotation des Pulsars (rechts) wieder.

Share if you care.