Das seltsame Pulsar-Herz des Krebsnebels gerät langsam aus dem Gleichgewicht

Zusammengesetztes Bild des Krabbennebels

Ein zusammengesetztes Bild des Krebsnebels mit überlagerten Röntgen- (blau) und optischen (rot) Bildern. Die Größe des Röntgenbildes ist kleiner, weil die energiereicheren Röntgenstrahlen emittierenden Elektronen ihre Energie schneller abstrahlen als die niederenergetischen optisch emittierenden Elektronen, wenn sie sich bewegen. (Bildnachweis: NASA / HST / ASU / J. Hester et al. Röntgen: NASA / CXC / ASU / J. Hester et al.)



Zum ersten Mal haben Astronomen die Entwicklung des Magnetfelds eines Pulsars im Laufe der Zeit verfolgt und beobachtet, wie es sich langsam zum Äquator des toten Sterns neigt. Die neuen Beobachtungen des Pulsars, der sich im Krebsnebel befindet, könnten Hinweise auf das seit langem bestehende Problem geben, was die Rotation von Pulsaren verlangsamt.



'Die meisten Pulsare sind Millionen oder zig Millionen Jahre alt', sagte Andrew Lyne, emeritierter Professor für Physik an der University of Manchester in Großbritannien, der die Studie leitete, die in der Zeitschrift Science vom 1. November erscheint. „Wir erwarten daher keine signifikanten Veränderungen. Aber wir haben dies für einen beträchtlichen Teil seiner Lebensdauer betrachtet, etwa 40 von 1.000 Jahren.' Die Supernova, die den Pulsar im Krebsnebel hervorbrachte, ereignete sich im Jahr 1054 n. Chr. Chinesische und arabische Astronomen stellten beide fest.

'Auf dieses Ergebnis haben wir 30 Jahre gewartet', sagte Vasily Beskin, Astrophysiker an der Russischen Akademie der Wissenschaften. Beskin, der nicht an der Studie beteiligt war, und seine Kollegen sagten voraus, dass sich die Magnetfelder des Pulsars in den 1980er Jahren zu ihren Äquatoren bewegen würden. [ Spektakuläre Fotos des Krebsnebels ]



Schnell und langsam

Ein Pulsar sind die Überreste eines Sterns, dessen Kern mindestens 1,4 Mal so massiv ist wie die Sonne. Wenn solche Sterne das Ende ihres Lebens erreichen, können sie als Supernovae explodieren. Was übrig bleibt, ist ein Neutronenstern, nur wenige Meilen im Durchmesser, mit einem großen Bruchteil der ursprünglichen Masse des Sterns, was ihn unglaublich dicht macht.

Da Sterne beim Kollaps bereits rotieren, ist die Neutronenstern dreht sich spektakulär schnell um seine Achse – genauso wie Eisläufer sich schneller drehen, wenn sie ihre Arme einziehen. Gleichzeitig entwickelt der Neutronenstern ein starkes Magnetfeld und sendet einen Strahl elektromagnetischer Strahlung entlang der Nord-Süd-Achse dieses Feldes aus. Die Achse des Magnetfelds und die Rotationsachse des Neutronensterns sind nicht perfekt ausgerichtet, sodass der Strahlungsstrahl wie die rotierende Lampe eines Leuchtturms – ein Pulsar – über den Weltraum streicht.



Wenn dieser Strahl die Bahn der Erde kreuzt, können Radioteleskope das Signal aufnehmen. Das Signal des Krebsnebel-Pulsars blinkt etwa 30 Mal pro Sekunde.

Das Team der University of Manchester und des Jodrell Bank Observatory sammelte Daten aus 22 Jahren, die die Signale des Krebspulsars verfolgten. Das Signal besteht aus zwei Teilen, einem Hauptimpuls und einem Sekundärimpuls, der als Zwischenimpuls bezeichnet wird. Durch Messung der Polarisation des Signals bei zwei unterschiedlichen Frequenzen lässt sich der Winkel zwischen Drehachse und Strahlungsbündel berechnen. Die Forscher fanden heraus, dass der Winkel pro Jahrhundert um 0,62 Grad zunimmt.

Pulsar-Mysterien bestehen fort



Im Krebsnebel treibt ein schnell rotierender Neutronenstern oder Pulsar (weißer Punkt nahe der Mitte) die dramatische Aktivität an, die das Chandra-Röntgenobservatorium beobachtet. Es wird angenommen, dass der innere Röntgenring eine Stoßwelle ist, die die Grenze zwischen dem umgebenden Nebel und dem Fluss von Materie und Antimaterieteilchen des Pulsars markiert.

Im Krebsnebel treibt ein schnell rotierender Neutronenstern oder Pulsar (weißer Punkt nahe der Mitte) die dramatische Aktivität an, die das Chandra-Röntgenobservatorium beobachtet. Es wird angenommen, dass der innere Röntgenring eine Stoßwelle ist, die die Grenze zwischen dem umgebenden Nebel und dem Fluss von Materie und Antimaterieteilchen des Pulsars markiert.(Bildnachweis: Chandra X-ray Observatory)

Zu sehen, wie schnell dies geschieht, könnte Aufschluss darüber geben, was in anderen Neutronensternen passiert, sagte Lyne. Eines der fortwährenden Rätsel über Pulsare ist, warum sie so schnell langsamer werden. Der Krebspulsar zum Beispiel verlangsamt sich um etwa 38 Nanosekunden pro Tag.

„Wenn Pulsare nur rotierende Dipole wären, würden wir erwarten, dass die Verlangsamungsrate proportional zur Kubik der … Rotationsfrequenz ist“, sagte Lyne gegenüber guesswhozoo.com. „Wir nennen das den Bremsindex, und er sollte etwa drei betragen. Aber die meisten Pulsare sind kleiner als drei. Ungefähr zweieinhalb oder so.' Die langsame Bewegung des Magnetfelds könnte die Antwort sein.

'Wenn der Neigungswinkel größer wird und der Winkel zwischen zwei Achsen zunimmt, ist es fast genau so, wie Sie brauchen, damit der Bremsindex zweieinhalb statt drei beträgt.' Ob das der Grund dafür ist, ist jedoch noch unklar, denn die innere Struktur von Pulsaren ist noch wenig verstanden.

Die neuen Daten gaben auch andere Erkenntnisse. 'Normalerweise bewegen sich Magnetfelder nicht durch Supraleiter', sagte Lyne. 'Dieses Magnetfeld bewegt sich, was darauf hindeutet, dass der Supraleiter im Neutronenstern nicht perfekt ist.'

Es ist unwahrscheinlich, dass Astronomen einem anderen wie dem Krebspulsar begegnen, denn um überhaupt einen zu sehen, muss der Funkstrahl über die Erde streichen, und die Wahrscheinlichkeit, dass einer genau die richtige Ausrichtung hat, ist gering. Darüber hinaus müsste die Supernova, die den Pulsar hervorbrachte, weniger als ein paar tausend Jahre alt sein, sagen Wissenschaftler. Es gibt mehrere Supernovae des richtigen Alters, aber sie sind nicht alle der richtige Typ, um Pulsare zu produzieren, und selbst wenn sie es wären, sind sie nicht in die richtige Richtung gerichtet.

Es ist immer noch nicht ganz klar, warum die Magnetfelder von Pulsaren so aussehen, wie sie aussehen. »Ich würde es nicht als einfaches Problem einstufen«, sagte Lyne. 'Wir versuchen zu verstehen, warum es sich auf diese Weise entwickeln sollte.'

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