Der Stern zum Wochenende: PSR B1919+21

PSR B1919+21 ist nicht unbedingt ein schöner Name. Das Objekt, dass sich dahinter verbirgt ist dafür umso interessanter. Es handelt sich um einen Pulsar und zwar den allerersten, der überhaupt entdeckt wurde. Und damals verwechselte man die Signale dieses Pulsars sogar kurz mit einer Nachricht von Außerirdischen.

PSR B1919+21 ist ein Pulsar. So nennt man schnell rotierenden Neutronensterne. Ein Neutronenstern ist ein sehr seltsames Objekt. Ich habe letztens schon beschrieben, wie das Leben eines Stern in einer Supernova endet. Das, was von diesem Stern nach der Supernova noch übrig bleibt ist ein Neutronenstern (wenn der ursprüngliche Stern sehr massiv war, dann kollabiert der Neutronenstern auch noch und es entsteht ein schwarzes Loch). Dieses Objekt besteht aus extrem verdichteter Materie. Ein Neutronenstern ist etwa 1.44 bis 3 mal so schwer wie unsere Sonne – hat aber nur einen Durchmesser von 20 km! Die Dichte eines Neutronensterns ist mit der in einem Atomkern vergleichbar (Neutronensterne werden oft auch als gigantische Atomkerne beschrieben).

Neutronensterne rotieren extrem schnell. Da der Stern so schnell so stark schrumpft, tritt der gleiche Effekt auf wie bei einem Eiskunstläufer der eine Pirouette dreht: zieht er die Arme an, dreht er sich schneller. Neutronensterne drehen sich im allgemeinen mehrmals pro Sekunde um ihre eigene Achse. Sie haben auch äußerst starke Magnetfelder. Entlang der Magnetfeldlinien gibt der Neutronenstern elektromagnetische Strahlung ab (meistens sind das Radiowellen). Man kann sich das ein bisschen so wie einen Leuchtturm vorstellen: der Stern dreht sich und strahlt dabei Radiowellen ab. Der „Lichtkegel“ überstreicht dabei in regelmäßigen Abständen die Erde und wir beobachten eine pulsierende Radioquelle. Diese Objekte nennt man Pulsare. Das folgende Bild ( (c) NASA und ESA) zeigt den zentralen Pulsar im Krebsnebel. Man erkennt gut, wie der rotierende Pulsar mit seinem Magnetfeld die Gase des Nebels „umrührt“:

Der erste Pulsar wurde am 28. November 1967 entdeckt. Jocelyn Bell, eine Doktorandin und Antony Hewish (ihr Doktorvater) waren auf der Suche nach Radioquellen. Eine dieser Quellen – PSR B1919+21 – zeigte dabei ein sehr seltsames Verhalten denn die Radiopulse erfolgten extremst regelmäßig! Bell und Hewish vermuteten daher zuerst einen künstlichen Ursprung dieser Signale – und da sich die Quelle erwiesenermaßen ausserhalb des Sonnensystems befand lag die Vermutung nahe, dass es sich um Signale von Außerirdischen handelte. Intern wurde das Objekt daher auch als LGM 1 („Little Green Man 1“) bezeichnet. Diese Vermutung konnte aber bald widerlegt werden: wenn das Signal von Außerirdischen stammte, dann würde es sehr wahrscheinlich von der Oberfläche eines Planeten abgestrahlt werden.Und da dieser Planet (so wie die Erde) um einen Stern rotieren würde, müsste man eine periodische spektrale Verschiebung des Signals feststellen (Doppler Effekt). Die konnte aber nicht gemessen werden. Später wiesen Thomas Gold und Franco Pacini nach, dass es sich dabei um einen rotierenden Neutronenstern handeln muss.

Pulsare sind heute eine wichtige Informationsquelle für Astrophysiker. Die Tatsache, dass sie ihre Pulse periodisch abgeben lässt eine Reihe von interessanten Beobachtungen zu. Durch Abweichungen von dieser Periodizität konnte beispielsweise berechnet werden, dass manche Pulsare von Planeten umkreist werden! Um den Pulsar PSR 1257+12 kreisen etwa drei bekannte Planeten. In so einem Fall lassen sich sogar sehr kleine Planeten finden; 2 dieser Planeten sind in etwa 4 mal so schwer wie die Erde; der dritte hat sogar nur 0.02 Erdmassen. Und man vermutet in diesem System sogar noch ein viertes Objekt, dass nur 1000 km durchmißt und deutlich kleiner ist als Pluto – also eigentlich kein Planet mehr sonder ein Asteroid! (Die Planeten um PSR 1257+12 wurden übrigens 1992 entdeckt; 3 Jahre vor der „ersten“ Entdeckung eines extrasolaren Planeten um einen Hauptreihenstern).

Pulsare sind auch eine Möglichkeit die Gültigkeit der allgemeinen Relativitätstheorie zu überprüfen. Das System PSR 1913+16 besteht aus 2 Pulsaren, die einander umkreisen. Die Periode ihrer Pulse nimmt dabei stätig ab. Das läßt sich durch die Abstrahlung von Gravitationswellen gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie erklären.

Und erst vor einigen Tagen wurde ein Pulsar entdeckt, der sich besonders rätselhaft verhält. J1903+0327 ist der bisher am schnellsten rotierende einer der am schnellsten rotierenden Pulsare (er dreht sich etwa 500 mal pro Sekunde um sich selbst!) Er umkreist dabei einen anderen Stern – und normalerweise würde man erwarten dass er das auf einer ziemlich kreisförmigen Bahn macht (das liegt an der Wirkung der Gezeitenkräfte). J1903+0327 hat aber eine sehr elliptische Bahn. Man vermutet daher, dass in diesem System eventuell noch ein dritter Stern involviert ist, den man bis jetzt noch nicht beobachten konnte.

Antony Hewish bekam übrigens 1974 für die Entdeckung von PSR B1919+21 den Nobelpreis für Physik verliehen. Seine Doktorandin Jocelyn Bell ging – ungerechterweise – leer aus.

Weiterführende Informationen:

• Jocelyn Bell beschreibt die Entdeckung von PSR B1919+21
• hier kann man die originalen Messreihen ansehen, die zur Entdeckung von PSR B1919+21 geführt haben
• mehr zu J1903+0327 gibt es z.B. bei Focus.de oder bei Bad Astronomy