Ein Team fest entschlossener High-School-Schüler hatte einen bislang unbekannten Pulsar entdeckt, indem es Daten des Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) der National Science Foundation genauestens analysierte. Weitere Beobachtungen von Astronomen mit dem GBT offenbarten, dass dieser Pulsar Teil von nur einer Handvoll Doppelneutronensternsysteme ist und die größte Umlaufbahn aller bekannten Neutronensterne besitzt. Diese beeindruckende Entdeckung wird Astronomen helfen, die Entstehung und Entwicklung von Doppelneutronensternsystemen besser zu verstehen.
Pulsare sind schnell rotierende Neutronensterne – die superdichten Überreste von massereichen Sternen, die als Supernovae explodiert sind. Während ein Pulsar rotiert, bewegen sich Strahlen aus Radiowellen, welche von seinen Magnetfeldpolen ausgehen, durch den Weltraum, ähnlich wie bei einem Leuchtturm. Wenn einer dieser Strahlen die Erde überstreicht, können Radioteleskope den Radiopuls registrieren.
“Pulsare gehören zu den extremsten Objekten im Universum”, sagte Joe Swiggum, ein Physik- und Astronomiestudent an der West Virginia University in Morgantown. Er ist der Hauptautor einer Abhandlung, die zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal eingereicht wurde und die dieses Ergebnis und dessen Auswirkungen erklärt. “Die Entdeckung der Schüler zeigt eines dieser Objekte unter wirklich einzigartigen Umständen.”
Etwa zehn Prozent der bekannten Pulsare befinden sich in Doppelsternsystemen – die überwältigende Mehrheit davon umkreist Weiße Zwerge. Nur wenige umkreisen andere Neutronensterne oder Hauptreihensterne wie unsere Sonne. Der Grund für diesen Mangel an Doppelneutronensternsystemen, so vermuten Astronomen, ist der Prozess, durch den Pulsare und alle Neutronensterne entstehen.
Wenn ein massereicher Stern am Ende seines normalen Lebens als Supernova explodiert, kann die Explosion etwas einseitig verlaufen und dem übrig gebliebenen stellaren Kern einen “Schubs” geben. Wenn das passiert, wird der resultierende Neutronenstern durch den Weltraum katapultiert. Dieser Schubs und der Massenverlust durch eine Supernova-Explosion bedeuten, dass die Wahrscheinlichkeit für zwei solche Sterne, danach weiterhin im selben System gravitativ gebunden zu sein, bemerkenswert klein ist.
Der Pulsar erhielt die offizielle Bezeichnung PSR J1930-1852. Er wurde 2012 von Cecilia McGough und De Chang Ray entdeckt. McGough war zu dem Zeitpunkt Schülerin der Strasburg High School in Virginia und Ray ging auf die Paul Laurence Dunbar High School in Baltimore (Maryland).
Die Schüler nahmen an einem Workshop des Pulsar Search Collaboratory (PSC) teil, einem von der National Science Foundation finanzierten Bildungsprogramm, wo interessierte Schüler Pulsar-Surveydaten des GBT analysieren. Die Schüler verbringen oft Wochen und Monate mit der Datenauswertung und der Suche nach der einzigartigen Signatur, die einen Pulsar identifiziert. Diejenigen, die gute Pulsarkandidaten identifizieren, werden nach Green Bank eingeladen, um mit Astronomen zusammenzuarbeiten und ihre Entdeckung zu bestätigen.
Astronomen haben basierend auf Unterschieden in seiner Rotationsfrequenz (Umdrehungen pro Sekunde) zwischen der ursprünglichen Beobachtung und nachfolgenden Beobachtungen festgestellt, dass dieser neue Pulsar Teil eines Doppelsystems ist.
Optische Teleskop-Surveys des gleichen Himmelsausschnitts haben jedoch keinen sichtbaren Begleiter offenbart, der aber deutlich erkennbar sein müsste, falls es ein Weißer Zwerg oder ein Hauptreihenstern wäre. “Aus dem Fehlen jeglicher optischer Signale und der sorgfältigen Untersuchung des Timings der Radiopulse schlussfolgerten wir, dass der wahrscheinlichste Begleiter ein anderer Neutronenstern ist”, sagte Swiggum. Weitere Analysen des Timings sprechen dafür, dass die beiden Neutronensterne den größten Abstand aufweisen, der je bei einem Doppelneutronsternsystem beobachtet wurde.
Einige Pulsare in Doppelneutronensternsystemen liegen so nah an ihrem Begleiter, dass ihre Umlaufbahnen mit der Größe der Sonne vergleichbar sind und sie für eine komplette Umkreisung weniger als einen Tag brauchen. Die Umlaufbahn von PSR J1930-1852 hat 52 Millionen Kilometer Durchmesser (was etwa der Entfernung zwischen der Sonne und Merkur entspricht), und er benötigt für eine Umkreisung seines Begleiters 45 Tage. “Seine Umlaufbahn ist mehr als doppelt so groß wie die von jedem anderen bislang bekannten Doppelneutronensternsystem”, sagte Swiggum. “Die Eigenschaften des Pulsars geben uns wertvolle Anhaltspunkte darüber, wie ein solches System entstanden sein könnte. Entdeckungen von Ausnahmefällen wie PSR J1930-1852 geben uns ein umfassenderes Bild über das breite Spektrum der Möglichkeiten bei der Entwicklung von Doppelsternsystemen.”
Die Untersuchungen von Entdeckungen mit Beteiligung des Pulsar Search Collaboratory dauern an. Während das PSC-Programm fortgeführt wird, erwarten Astronomen, das die von dem GBT erzeugte Datenmenge von 130 Terabyte wahrscheinlich Dutzende bisher unbekannter Pulsare enthüllen wird. Das Pulsar Search Collaboratory ist ein Gemeinschaftsprojekt zwischen dem National Radio Astronomy Observatory und der West Virginia University. Das Ziel ist es, High-School-Schülern Erfahrungen mit echter Forschungsarbeit zu vermitteln.
“Diese Erfahrung lehrte mich, dass man kein ‘Einstein’ sein muss, um gut in Wissenschaft zu sein”, sagte McGough, die jetzt eine Schreyer Honors College Stipendiatin an der Pennsyslvania State University in State College ist. Ihre Hauptfächer sind Astronomie, Astrophysik und Physik. “Man muss nur konzentriert und leidenschaftlich sein und sich engagiert der Arbeit widmen.”
“Wenn wir in den Himmel blicken und das Universum studieren, versuchen wir zu verstehen, was dort draußen ist”, sagte Ray, der jetzt ein Student am Community College of Baltimore County ist und Biologie, Ingenieurswesen und Notfallmedizin studiert. “Diese Erfahrung hat mir geholfen, zu erforschen, vorzustellen und zu träumen, was sein könnte und was wir nicht gesehen haben.”
Das Green Bank Telescope ist mit 100 Metern Durchmesser das größte vollbewegliche Radioteleskop der Welt. Sein Standort in der National Radio Quiet Zone schützt das unglaublich empfindliche Teleskop vor ungewollten Radiointerferenzen und ermöglicht ihm, einzigartige Beobachtungen durchzuführen. Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation und wird im Rahmen eines Kooperationsvertrags von Associated Universities, Inc. betrieben.
Quelle: https://public.nrao.edu/news/pressreleases/pulsar-wide-orbit
(THK)
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