Neutronensterne und Pulsare — Astronomie, 14–17 Jahre
Ein massereicher Stern kann ein Objekt zurücklassen, in dem mehr Masse als in der Sonne in eine stadtgroße Kugel gepackt ist. Einige dieser Neutronensterne richten Strahlen wie kosmische Leuchttürme auf die Erde und erzeugen regelmäßige Pulse.
Materie auf Stadtgröße gepresst
Ein Neutronenstern ist der kollabierte Kern, der nach der Explosion eines massereichen Sterns übrig bleibt. Der Druck presst Protonen und Elektronen zusammen, sodass hauptsächlich Neutronen entstehen; die starke Schwerkraft hält das Objekt zusammen. Es kann sich viele Male pro Sekunde drehen und ein kräftiges Magnetfeld besitzen. Zeigt sein Strahl bei jeder Drehung zur Erde, nennt man es Pulsar.
Warum untersucht man solche Extremobjekte?
Astronomen wollten verstehen, was Schwerkraft und Materie unter Bedingungen tun, die auf der Erde unmöglich herzustellen sind. 1967 bemerkte Jocelyn Bell Burnell ungewöhnlich regelmäßige Radiopulse; bald erkannte man als Quelle einen rotierenden Neutronenstern. Pulsare wurden zu nützlichen Uhren und Laboren, um Theorien über dichte Materie, Magnetfelder und Schwerkraft zu prüfen.
Die Drehung eines Pulsars bestimmen
Ein Radioteleskop registriert Pulse eines Pulsars bei 0,033 s, 0,066 s und 0,099 s nach einem gewählten Startzeitpunkt. Erstens: Die Abstände benachbarter Zeiten sind jeweils 0,033 s. Zweitens: Die Periodendauer beträgt 0,033 s. Drittens: Die Frequenz ist 1 geteilt durch die Periodendauer, also 1 ÷ 0,033 ≈ 30,3 Umdrehungen pro Sekunde, wenn pro Drehung ein Puls eintrifft.
Der Stern blinkt nicht
Es ist naheliegend zu denken, ein Pulsar gehe wie eine entfernte Lampe an und aus. Das regelmäßige Signal lässt dieses Bild entstehen, aber der Strahl schwenkt durch den Raum, während sich der Stern dreht. Wir sehen einen Puls nur, wenn der Strahl die Erde überstreicht, ähnlich wie ein Leuchtturm kurz hell erscheint, obwohl seine Lampe ständig leuchtet.
Uhren im All
Einige Millisekundenpulsare drehen sich so gleichmäßig, dass Astronomen ihre Pulse mit Atomuhren vergleichen können. Kleine Veränderungen können einen Begleitstern, einen Planeten oder Wirkungen von Wellen in der Raumzeit verraten. Pulsare sind keine perfekten Uhren, aber ihr berechenbarer Takt macht sie zu wertvollen Werkzeugen, um Objekte und Schwerkraft in der Galaxie zu untersuchen.
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