Astronomen haben Massen und Umlaufbahnen von drei Sternen in einem einzigartigen System festgehalten. Als nächstes werden sie das System verwenden, um Details in Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie zu studieren.
PSR? J0337 + 1715 ist ein Millisekundenpulsar, der als erster in einem Tripelsystem mit zwei anderen Sternen zu finden ist. In der Illustration dieses Künstlers sehen Sie den Pulsar (links), der von einem heißen weißen Zwergstern (Mitte) umkreist wird. Beide werden von einem kühleren, entfernten weißen Zwerg (rechts) umkreist.
Astronomen freuen sich über einen Millisekundenpulsar im Herzen eines Dreifachsternsystems. Es ist das erste Mal, dass sie ein dreifaches System mit einem Pulsar gefunden haben. Das Entdeckungsteam gibt an, dass es die uhrähnlichen Eigenschaften des Pulsars nutzen wird, um die Geheimnisse der Schwerkraft zu entschlüsseln. Diese Astronomen präsentieren heute (6. Januar 2014) auf der 223. Tagung der American Astronomical Society in Washington, DC, Details zu diesem einzigartigen Sternensystem.
Der Millisekundenpulsar PSR J0337 + 1715 dreht sich fast 366 Mal pro Sekunde. Wie ein Leuchtturm sendet er bei jeder Drehung Strahlen von Radiowellen aus. Einer der beiden anderen Sterne im System ist ein weißer Zwergstern in einer Umlaufbahn von 1,6 Tagen. Der andere Stern ist ebenfalls ein weißer Zwerg in einer viel größeren Umlaufbahn von 327 Tagen. Das gesamte System - 4.200 Lichtjahre von der Erde entfernt - ist in einen Raum gepackt, der kleiner ist als die Erdumlaufbahn unserer Sonne.
Sehen Sie sich eine Videosimulation des Triple-Systems mit PSR J0337 + 1715 an
Es wird angenommen, dass Millisekundenpulsare bei Supernova-Explosionen entstehen. Als die Supernova nach außen explodierte, kollabierte sie auch nach innen und zerquetschte den ursprünglichen Stern zu einer dichten, sich schnell drehenden, stark magnetisierten Kugel aus Neutronen: dem Millisekundenpulsar.
Astronomen sprechen von diesen Systemen als Uhren weil sie sich mit einer solchen uhrartigen Regelmäßigkeit drehen. Da es sich um ein Dreifachsystem handelt, wird dieser Millisekundenpulsar von Astronomen für leistungsstarke Untersuchungen der Schwerkraft verwendet. Scott Ransom vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO), Erstautor eines gestern in Nature veröffentlichten Artikels (5. Januar 2014):
Dieses Dreifachsternsystem bietet uns das bisher beste kosmische Labor, um zu lernen, wie solche Dreikörpersysteme funktionieren, und potenziell um Probleme mit der Allgemeinen Relativitätstheorie zu erkennen, die manche Physiker unter solch extremen Bedingungen erwarten.
Insbesondere wollen diese Astronomen das studieren, was man nennt das Prinzip der starken Äquivalenz Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie.
Dies ist das Green Bank-Teleskop, eines von mehreren Teleskopen, mit denen das Millisekunden-Pulsarsystem untersucht wird. Dieses Teleskop ist etwa 100 Meter breit und 485 Fuß hoch, fast so hoch wie die nahen Berge. Es befindet sich in einem Tal der Allegheny-Berge, um die Beobachtungen vor Funkstörungen zu schützen. Bild über Wikimedia Commons.
Um den Pulsar als Gravitationssonde einsetzen zu können, mussten die Astronomen so viele Impulse wie möglich aufzeichnen. Sie führten eine so genannte "monumentale" Beobachtungskampagne mit dem Green Bank Telescope in West Virginia, dem Arecibo-Radioteleskop in Puerto Rico und dem Westerbork Synthesis-Radioteleskop von ASTRON in den Niederlanden durch. Die ASTRON-Beobachtungen wurden von dem Astronomen Jason Hessels geleitet, der sagte
Eine Zeit lang beobachteten wir diesen Pulsar jeden Tag, nur um die komplizierte Art und Weise zu verstehen, wie er sich um seine beiden Begleitsterne bewegte.
Durch die Messung der zeitlichen Variation des „Ticks der Pulsaruhr“ konnten sie die Umlaufgeometrie und die Massen der drei Sterne bestimmen.
In einer Pressemitteilung sagten diese Astronomen:
… Das System bietet den Wissenschaftlern die bisher beste Gelegenheit, eine Verletzung eines Konzepts namens Strong Equivalence Principle zu entdecken. Dieses Prinzip ist ein wichtiger Aspekt der Allgemeinen Relativitätstheorie und besagt, dass die Wirkung der Schwerkraft auf einen Körper nicht von der Natur oder inneren Struktur dieses Körpers abhängt.
Zwei berühmte Beispiele für das Äquivalenzprinzip sind Galileos angeblicher Abwurf von zwei Kugeln mit unterschiedlichem Gewicht aus dem Schiefen Turm von Pisa (möglicherweise eine apokryphe Geschichte) und der Abwurf eines Hammers und einer Falkenfeder durch Apollo 15 Commander Dave Scott auf der luftleeren Oberfläche von Der Mond im Jahr 1971. Messungen der Mondlaserentfernung unter Verwendung von Spiegeln, die die Apollo-Astronauten auf dem Mond hinterlassen haben, wirken sich derzeit am stärksten auf die Gültigkeit des Äquivalenzprinzips aus. Hier sind die experimentellen Massen die Sterne selbst, und ihre unterschiedlichen Massen und Gravitationsbindungsenergien dienen dazu, zu überprüfen, ob sie alle nach dem Prinzip der starken Äquivalenz aufeinander zufallen oder nicht.
Fazit: Astronomen freuen sich über ein Dreifachsternsystem mit einem Millesekundenpulsar und zwei Weißen Zwergen. Eine lange Beobachtungskampagne ermöglichte es ihnen, die Massen und Umlaufbahnen der drei Sterne zu bestimmen. Jetzt wollen sie das System zum Lernen nutzen das starke Äquivalenzprinzip Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie. Sie präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf dem 223. Treffen der American Astronomical Society in Washington, DC.
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