Wissenschaftler messen die Raum-Zeit-Verzerrung in der Schwerkraft eines Doppelsterns und finden die Masse eines sich schnell drehenden Pulsars - kurz bevor der Pulsar verschwindet.
Ein Modell des binären Pulsarsystems PSR J1906 + 0746. Der Pfeil durch die orangefarbene Kugel rechts stellt die Präzessionsachse des Pulsars dar; es ist nun bekannt, dass der Pulsar in der gekrümmten Raumzeit dieses Systems wackelt. Bild über Astron.
Astrophysiker sagen, sie haben einige der Merkmale eines fernen und exotischen Bewohners unseres Universums festgehalten, einen binären Millisekundenpulsar, kurz bevor er aus unserer Sicht verschwand. Sie nennen dieses System a relativistisch binärer Pulsar, weil die Massen und Dichten der beiden Objekte so extrem sind, dass sie im Lichte von Einsteins Relativitätstheorie am besten verstanden werden. Das System heißt PSR J1906 + 0746 oder kurz J1906. Es besteht aus einem Neutronenstern, der ein anderes dichtes Objekt (möglicherweise einen anderen Neutronenstern oder einen Weißen Zwerg) in weniger als 4 Stunden umkreist. Bevor es verschwand, drehte sich der Neutronenstern schnell und strahlte alle 144 Millisekunden einen leuchtturmähnlichen Funkwellenstrahl aus.
Ein internationales Forscherteam untersuchte das System und war in der Lage, die Massen der beiden Objekte zu beschreiben und zu messen Raum-Zeit-Warp in der Schwerkraft des Systems. Sie sagen, dass Raum-Zeit-Verzerrungen letztendlich das Verschwinden des Pulsars aus unserem irdischen Blickwinkel verursacht haben. Diese Astronomen haben ihre Studie heute (8. Januar 2015) im Astrophysical Journal veröffentlicht und präsentieren ihre Ergebnisse heute auf dem 225. Treffen der American Astronomical Society in Seattle.
Sie sind sich nicht sicher über Pulsare? Schauen Sie sich das Video unten von der NASA an.
Joeri van Leeuwen, Astrophysiker am niederländischen Institut für Radioastronomie ASTRON und an der Universität von Amsterdam, Niederlande, leitete die Studie. Er sagte in einer Pressemitteilung:
Unser Ergebnis ist wichtig, weil es außerordentlich schwierig ist, Sterne zu wiegen, während sie frei im Weltraum schweben. Dies ist ein Problem, da solche Massenmessungen erforderlich sind, um die Schwerkraft genau zu verstehen, die in engem Zusammenhang mit dem Verhalten von Raum und Zeit auf allen Ebenen unseres Universums steht.
Astronomen haben die Massen von nur einer Handvoll anderer Doppel-Neutronensterne gemessen. Diese Gruppe sagt, dass J1906 - das 2004 mit dem Arecibo-Observatorium entdeckt wurde - mit Abstand der jüngste ist, der bisher gemessen wurde. Die Supernova-Explosion, aus der sie entstand, fand erst vor 100.000 Jahren statt. Diesen Wissenschaftlern zufolge bedeutet das:
… Die Binärdatei ist in einem bemerkenswert makellosen und noch nicht entwickelten Zustand. Normale Pulsare werden etwa 10 Millionen Jahre alt. Sie können dann von einem binären Begleiter recycelt werden, um eine weitere Milliarde Jahre zu leben. Wenn der Begleiter von J1906 ein Neutronenstern ist, wird er wahrscheinlich recycelt, obwohl er uns scheinbar nicht in die Quere kommt.
Nach seiner Entdeckung im Jahr 2004 überwachte das Team J1906 fast täglich mit den fünf größten Radioteleskopen der Erde: dem Arecibo-Teleskop (USA), dem Green Bank-Teleskop (USA), dem Nançay-Teleskop (Frankreich), dem Lovell-Teleskop (Großbritannien) und dem Westerbork Synthesis Radio Telescope (Niederlande). Über 5 Jahre hinweg zeichnete diese Kampagne alle Rotationen des Pulsars genau auf - eine verblüffende Milliarde insgesamt. Die Koautorin Ingrid Stairs, Professorin für Physik und Astronomie an der Universität von British Columbia, Kanada, sagte:
Durch die genaue Verfolgung der Pulsarbewegung konnten wir die Gravitationswechselwirkung zwischen den beiden hochkompakten Sternen mit äußerster Genauigkeit messen.
Diese beiden Sterne wiegen jeweils mehr als die Sonne, sind aber immer noch über 100 Mal näher beieinander als die Erde zur Sonne. Die daraus resultierende extreme Schwerkraft verursacht viele bemerkenswerte Effekte.
Eines davon ist geodätische Präzession der Spinachse des Pulsars. Wenn Sie einen Kreisel starten, dreht er sich nicht nur, er wackelt auch. Gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie sollten auch Neutronensterne zu wackeln beginnen, wenn sie sich durch die Gravitationsquelle (die stark gekrümmte Raumzeit) eines massiven, nahegelegenen Begleitsterns bewegen.
Das Team verfolgte die geodätische Präzession in J1906 und stellte eine Änderung der Ausrichtung der Pulsar-Spinachse um 2,2 Grad fest. Van Leeuwen sagte:
Durch die immense gegenseitige Anziehungskraft hat die Spinachse des Pulsars nun so stark gewackelt, dass die Strahlen nicht mehr auf die Erde treffen.
Der Pulsar ist jetzt selbst für die größten Teleskope der Erde so gut wie unsichtbar. Dies ist das erste Mal, dass solch ein junger Pulsar durch Präzession verschwindet. Glücklicherweise wird erwartet, dass dieser kosmische Kreisel wieder in Sichtweite gerät. Aber es könnte bis zu 160 Jahre dauern.
Ein binärer Pulsar kann aus zwei Pulsaren bestehen, die sich gegenseitig umkreisen (siehe Abbildung dieses Künstlers). Oder es könnte ein Pulsar sein, der einen Weißen Zwerg umkreist. Bild über Michael Kramer (Jodrell Bank Observatory, Universität Manchester) und Wikimedia Commons.
Fazit: Die Astronomen identifizierten 2004 ein binäres Pulsarsystem, das sie PSR J1906 + 0746 nannten. Es besteht aus einem sich schnell drehenden Neutronenstern, einem Pulsar und möglicherweise einem weiteren Neutronenstern oder einem weißen Zwerg. Fünf Jahre lang verfolgten sie das System und waren in der Lage, die Massen der beiden umlaufenden Körper zu bestimmen und relativistische Merkmale der gegenseitigen Umlaufbahn des Systems zu erkennen. Sie sagen, dass die Drehachse des Pulsars sich so schnell vorwärtsbewegte (wackelte), dass sein leuchtturmartiger Strahl von Radiowellen, der zuvor alle 144 Millisekunden gesehen wurde, jetzt von der Erde aus gesehen verschwunden ist.