Während der Analyse der Daten eines neuen Teleskops im Jahr 1967 beobachtete die Cambridge-Studentin Jocelyn Bell ein wenig „Scruff“ - den ersten Hinweis auf einen Pulsar. Die Entdeckung veränderte unsere Sicht auf das Universum.
von George Hobbs, CSIRO; Dick Manchester, CSIROund Simon Johnston, CSIRO
Ein Pulsar ist ein kleiner, sich drehender Stern - eine riesige Kugel aus Neutronen, die zurückbleibt, nachdem ein normaler Stern in einer feurigen Explosion gestorben ist.
Mit einem Durchmesser von nur 30 Kilometern dreht sich der Stern Hunderte Male in der Sekunde und strahlt dabei Radiowellen (und manchmal auch Röntgenstrahlung) aus. Wenn der Strahl in unsere Richtung und in unsere Teleskope gerichtet ist, sehen wir einen Impuls.
2017 jährt sich die Entdeckung der Pulsare zum 50. Mal. In dieser Zeit haben wir mehr als 2.600 Pulsare (hauptsächlich in der Milchstraße) gefunden und sie zur Suche nach niederfrequenten Gravitationswellen, zur Bestimmung der Struktur unserer Galaxie und zur Prüfung der allgemeinen Relativitätstheorie verwendet.
Endlich haben wir Gravitationswellen von einem kollabierenden Neutronensternpaar gefunden
Das Radioteleskop CSIRO Parkes hat rund die Hälfte aller bekannten Pulsare entdeckt. Bild über Wayne England.
Die Entdeckung
Mitte 1967, als Tausende Menschen den Sommer der Liebe genossen, half ein junger Doktorand an der Universität von Cambridge in Großbritannien beim Bau eines Teleskops.
Es war eine Pole-and-Wire-Angelegenheit - was Astronomen ein „Dipol-Array“ nennen. Es umfasste etwas weniger als zwei Hektar, die Fläche von 57 Tennisplätzen.
Bis Juli wurde es gebaut. Die Studentin, Jocelyn Bell (jetzt Dame Jocelyn Bell Burnell), wurde für die Ausführung und Analyse der von ihr ausgegebenen Daten verantwortlich. Die Daten kamen in Form von Aufzeichnungen auf Papier, die jeden Tag mehr als 30 Meter lang waren. Bell analysierte sie mit dem Auge.
Jocelyn Bell Burnell, die den ersten Pulsar entdeckte.
Was sie gefunden hat - ein bisschen „Scruff“ in den Charts - ist in die Geschichte eingegangen.
Wie die meisten Entdeckungen fand es im Laufe der Zeit statt. Aber es gab einen Wendepunkt. Am 28. November 1967 gelang es Bell und ihrem Vorgesetzten Antony Hewish, eine „schnelle Aufnahme“ - also eine detaillierte - eines der seltsamen Signale aufzunehmen.
Hier konnte sie zum ersten Mal erkennen, dass der „Scruff“ tatsächlich eine Folge von Impulsen war, die um eineinhalb Sekunden voneinander entfernt waren. Bell und Hewish hatten Pulsare entdeckt.
Dies war ihnen jedoch nicht sofort klar. Nach Bells Beobachtung arbeiteten sie zwei Monate lang daran, weltliche Erklärungen für die Signale zu eliminieren.
Bell fand auch drei weitere Impulsquellen, die dazu beitrugen, etwas exotischere Erklärungen zu finden, beispielsweise die Idee, dass die Signale von „kleinen grünen Männern“ in außerirdischen Zivilisationen stammten. Das Entdeckungspapier erschien am 24. Februar 1968 in Nature.
Später verpasste Bell, als Hewish und sein Kollege Sir Martin Ryle 1974 den Nobelpreis für Physik erhielten.
Ein Pulsar auf der Ananas
Das Parkes-Radioteleskop von CSIRO in Australien machte 1968 seine erste Beobachtung eines Pulsars, der später berühmt wurde, indem er (zusammen mit dem Parkes-Teleskop) auf der ersten australischen 50-Dollar-Note erschien.
Australiens erste 50-Dollar-Note enthielt das Parkes-Teleskop und einen Pulsar.
50 Jahre später hat Parkes mehr als die Hälfte der bekannten Pulsare gefunden. Eine zentrale Rolle spielte auch das Molonglo-Teleskop der University of Sydney, mit dem beide auch heute noch Pulsare finden und zeitlich steuern.
International ist eines der aufregendsten neuen Instrumente in der Szene das sphärische Fünfhundert-Meter-Apertur-Teleskop (FAST) in China. FAST hat kürzlich mehrere neue Pulsare gefunden, die vom Parkes-Teleskop und einem Team von CSIRO-Astronomen bestätigt wurden, die mit ihren chinesischen Kollegen zusammenarbeiten.
Warum nach Pulsaren suchen?
Wir wollen verstehen, was Pulsare sind, wie sie funktionieren und wie sie in die allgemeine Population von Sternen passen. Die extremen Fälle von Pulsaren - solche, die sehr schnell, sehr langsam oder sehr massiv sind - helfen dabei, die möglichen Modelle für die Funktionsweise von Pulsaren einzuschränken, und geben Aufschluss über die Struktur der Materie bei ultrahohen Dichten. Um diese extremen Fälle zu finden, müssen wir viele Pulsare finden.
Pulsare umkreisen häufig Begleitsterne in binären Systemen, und die Art dieser Begleiter hilft uns, die Entstehungsgeschichte der Pulsare selbst zu verstehen. Wir haben gute Fortschritte beim „Was“ und „Wie“ von Pulsaren gemacht, aber es bleiben noch Fragen offen.
Wir verstehen nicht nur die Pulsare selbst, sondern verwenden sie auch als Uhr. Beispielsweise wird das Pulsar-Timing verfolgt, um das Hintergrundrauschen niederfrequenter Gravitationswellen im gesamten Universum zu erfassen.
Pulsare wurden auch verwendet, um die Struktur unserer Galaxie zu messen, indem untersucht wurde, wie sich ihre Signale ändern, wenn sie sich durch dichtere Materialregionen im Weltraum bewegen.
Pulsare sind auch eines der besten Werkzeuge, um Einsteins allgemeine Relativitätstheorie zu testen.
Erklärung: Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie
Diese Theorie hat 100 Jahre der anspruchsvollsten Tests überstanden, die Astronomen durchführen konnten. Aber es passt nicht gut zu unserer anderen erfolgreichsten Theorie der Funktionsweise des Universums, der Quantenmechanik. Es muss also irgendwo einen winzigen Fehler haben. Pulsare helfen uns, dieses Problem zu verstehen.
Was Pulsarastronomen nachts wach hält (im wahrsten Sinne des Wortes!), Ist die Hoffnung, einen Pulsar in der Umlaufbahn um ein Schwarzes Loch zu finden. Dies ist das extremste System, das wir uns vorstellen können, um die allgemeine Relativitätstheorie zu testen.
Schließlich haben Pulsare einige bodenständigere Anwendungen.Wir verwenden sie als Lehrmittel in unserem PULSE @ Parkes-Programm, in dem Schüler das Parkes-Teleskop über das Internet steuern und zur Beobachtung von Pulsaren verwenden. Dieses Programm hat über 1.700 Studenten in Australien, Japan, China, den Niederlanden, Großbritannien und Südafrika erreicht.
Pulsare sind auch ein vielversprechendes Navigationssystem für die Steuerung von Schiffen im Weltraum. 2016 startete China den Satelliten XPNAV-1 mit einem Navigationssystem, das periodische Röntgensignale bestimmter Pulsare verwendet.
George Hobbs, Teamleiter für das Parkes Pulsar Timing Array-Projekt, CSIRO; Dick Manchester, CSIRO-Stipendiat, CSIRO Astronomy and Space Science, CSIROund Simon Johnston, Senior Research Scientist, CSIRO
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.