Gravitationswellen schützen Pulsare vor dem "Überfressen" - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik

Gravitationswellen schützen Pulsare vor dem "Überfressen"

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Guten Appetit! Der Pulsar (kleiner weißer Punkt in der Mitte der Akkretionsscheibe) verspeist seinen Begleitstern. An seinen magnetischen Polen strahlt der Pulsar Licht und andere Strahlung ab. (Bildquelle: Dana Berry / NASA)
Nichts kann einen Pulsar davon abhalten, einen Begleitstern, der ihn umkreist, vollständig zu verspeisen – nicht einmal sein übermäßiger Appetit, mit dem er die Materie seines Begleiters so stark anzieht, dass ihr Aufprall ihn eigentlich in solch schnelle Drehungen versetzen sollte, dass er dabei selber auseinander fliegt. Vor der Selbstzerstörung durch „Überfressen“ schützt ihn offenbar eine kosmische Bremse. Darauf deuten die Beobachtungen eines internationalen Astronomenteams hin, welche die Forscher im Fachmagazin Nature vorstellen (Bd. 424, S. 42).

Pulsare sind schnell rotierende Neutronensterne. Neutronensterne sind die „Vettern“ der Schwarzen Löcher. Ein Neutronenstern bleibt übrig, wenn ein Stern der acht- bis zwanzigfachen Masse unserer Sonne mit einer Supernova-Explosion seine Existenz beendet. Von noch schwereren Sternen bleibt nur ein Schwarzes Loch übrig. Ein typischer Neutronenstern hat einen Durchmesser von nur 20 Kilometern. Ein Kubikzentimeter seiner Materie wiegt jedoch etwa 100 Millionen Tonnen.

Ein neu entstandener Pulsar dreht sich etwa 30-mal pro Sekunde. Im Laufe der Jahrmillionen wird er langsamer. Das ist anders, wenn der Pulsar einen Begleitstern hat, der ihn umkreist. Aufgrund der von seiner ungeheuren Massendichte erzeugten Schwerkraft saugt er die Materie seines Begleiters ab. Diese umkreist ihn zunächst in einer Akkretionsscheibe und kann dann so auf ihn einfallen, dass sie seine Rotationsgeschwindigkeit beschleunigt.

Der Pulsar müsste demnach solange schneller werden, bis er aufgrund der zunehmenden Fliehkraft auseinander bricht. Wissenschaftler haben ausgerechnet, dass dies ab 1.000 bis 3.000 Drehungen pro Sekunde geschehen sollte.

Mit dem Nasa-Röntgenteleskop Rossi haben Deepto Chakrabarty vom MIT in Cambridge und seine Kollegen jetzt die Rotationsgeschwindigkeiten von elf Pulsaren gemessen. Keiner dieser Pulsare, die alle einen Begleitstern hatten, drehte sich schneller als 619-mal pro Sekunde. Statistisch hochgerechnet schließen die Forscher aus diesen Daten, dass es im Universum keinen Pulsar mit einer Rotationsgeschwindigkeit über 760 Drehungen pro Sekunde geben sollte.

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Dieses Ergebnis bestätigt theoretische Überlegungen, die Lars Bildsten von der Universität von Kalifornien in Santa Barbara angestellt hatte. Er hat ausgerechnet, dass ein Pulsar ab einer gewissen Rotationsgeschwindigkeit Gravitationswellen aussendet. Damit verliert der Pulsar Rotationsenergie und es stellt sich ein Gleichgewicht ein zwischen der von der einfallenden Materie zugeführten Energie und der von den Gravitationswellen fortgetragenen Energie. Ab einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit wird der Pulsar deshalb nicht mehr schneller.

„Das ist wirklich aufregend“, kommentierte Bildsten das Ergebnis seiner Kollegen gegenüber dem Online-Dienst Space.com. „Normalerweise widerlegen die Astronomen uns Theoretiker.“ Bildsten meint, dass man die von den Pulsaren ausgesandten Gravitationswellen auf der Erde in Zukunft mit Gravitationswellendetektoren aufzeichnen kann.

Die von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagten Gravitationswellen sind Verzerrungen der Raumzeit, die von großen beschleunigten Massen erzeugt werden. Ihre Effekte sind winzig. Eine solche Verzerrung würde den Abstand zwischen Erde und Mond um den Durchmesser eines einzelnen Atoms verändern.

In Deutschland bereitet derzeit das Gravitationswellenobservatorium Geo 600 seine Betriebsaufnahme in der Nähe von Hannover vor. Weitere Projekte sind Ligo in Kalifornien, Virgo in der Nähe vom italienischen Pisa und das Nasa-Esa-Gemeinschaftsprojekt Lisa, das aus drei Raumsonden bestehen wird, die in einem Dreieck mit Seitenabständen von fünf Millionen Kilometern im All positioniert werden sollen.

Animationen des gefräßigen Pulsars finden Sie hier.

Axel Tillemans
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