Cluster gefüllt mit Pulsaren

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Laut Astronomen, die 21 neue Pulsare im Cluster mithilfe des 100-Meter-Robert C. der National Science Foundation entdeckt haben, befindet sich in einem dichten kugelförmigen Sternhaufen nahe dem Zentrum unserer Milchstraßengalaxie ein summender Bienenstock aus sich schnell drehenden Millisekundenpulsaren Terzan 5 hält jetzt den Rekord für Pulsare mit 24, darunter drei, die vor den GBT-Beobachtungen bekannt waren.

"Wir haben den Jackpot geknackt, als wir uns diesen Cluster angesehen haben", sagte Scott Ransom, Astronom am National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, VA. „Dieser Cluster enthält nicht nur viele Pulsare - und wir erwarten immer noch mehr darin -, sondern die Pulsare darin sind auch sehr interessant. Dazu gehören mindestens 13 in binären Systemen, von denen zwei in den Schatten gestellt werden, und die vier am schnellsten rotierenden Pulsare, die in einem Kugelsternhaufen bekannt sind. Die schnellsten zwei rotieren fast 600 Mal pro Sekunde, ungefähr so ​​schnell wie ein Haushaltsmixer “, fügte Ransom hinzu . Ransom und seine Kollegen berichteten über ihre Ergebnisse beim Treffen der American Astronomical Society in San Diego, Kalifornien, und in der Online-Zeitschrift Science Express.

Von den zahlreichen Pulsaren des Sternhaufens wird erwartet, dass sie eine Fülle neuer Informationen nicht nur über die Pulsare selbst liefern, sondern auch über die dichte Sternumgebung, in der sie sich befinden, und wahrscheinlich sogar über die Kernphysik, so die Wissenschaftler. Zum Beispiel zeigen vorläufige Messungen, dass zwei der Pulsare massereicher sind, als es einige theoretische Modelle erlauben würden. "All diese exotischen Pulsare werden uns noch viele Jahre beschäftigen", sagte Jason Hessels, Doktorand an der McGill University in Montreal.

Kugelhaufen sind dichte Agglomerationen von bis zu Millionen von Sternen, die sich alle ungefähr zur gleichen Zeit gebildet haben. Pulsare drehen sich, superdichte Neutronensterne, die beim Drehen „Leuchtturmstrahlen“ von Radiowellen oder Licht herumwirbeln. Ein Neutronenstern ist das, was übrig bleibt, nachdem ein massereicher Stern am Ende seines Lebens als Supernova explodiert ist.

Die Pulsare in Terzan 5 sind das Produkt einer komplexen Geschichte. Die Sterne im Cluster haben sich vor etwa 10 Milliarden Jahren gebildet, sagen die Astronomen. Einige der massereichsten Sterne des Clusters explodierten und hinterließen nach nur wenigen Millionen Jahren die Neutronensterne als Überreste. Normalerweise würden diese Neutronensterne nicht mehr als schnell rotierende Pulsare angesehen: Ihr Spin hätte sich aufgrund des „Widerstands“ ihrer intensiven Magnetfelder verlangsamt, bis der „Leuchtturm“ -Effekt nicht mehr zu beobachten ist.

Die dichte Konzentration der Sterne im Cluster gab den Pulsaren jedoch neues Leben. Im Kern eines Kugelsternhaufens können bis zu eine Million Sterne in ein Volumen gepackt werden, das leicht zwischen die Sonne und unseren nächsten Nachbarstern passt. Auf engstem Raum können Sterne nahe genug kommen, um neue binäre Paare zu bilden, solche Paare aufzuteilen, und binäre Systeme können sogar Partner handeln, wie ein aufwändiger kosmischer Square Dance. Wenn sich ein Neutronenstern mit einem „normalen“ Begleitstern paart, kann seine starke Anziehungskraft Material vom Begleiter auf den Neutronenstern ziehen. Dadurch wird auch ein Teil des Spins oder Drehimpulses des Begleiters auf den Neutronenstern übertragen, wodurch der Neutronenstern in einen schnell rotierenden Millisekundenpulsar „zurückgeführt“ wird. In Terzan 5 drehen sich alle entdeckten Pulsare infolge dieses Prozesses schnell.

Zuvor hatten Astronomen in Terzan 5 drei Pulsare entdeckt, die im Sternbild Schütze etwa 28.000 Lichtjahre entfernt waren, vermuteten jedoch, dass es weitere gab. Am 17. Juli 2004 verwendeten Ransom und seine Kollegen das GBT und fanden in einer 6-stündigen Beobachtung 14 neue Pulsare, die am häufigsten in einer einzigen Beobachtung gefunden wurden.

"Dies war aufgrund der großen Sensibilität des GBT und der neuen Funktionen unseres Backend-Prozessors möglich", sagte Ingrid Stairs, Professorin an der University of British Columbia in Vancouver. Der Prozessor mit dem passenden Namen Pulsar Spigot wurde in Zusammenarbeit zwischen der NRAO und dem California Institute of Technology gebaut. Der Prozessor, der fast 100 GigaByte Daten pro Stunde generiert, ermöglichte es den Astronomen, Funkwellen über einen weiten Frequenzbereich (1650-2250 MegaHertz) zu sammeln und zu analysieren, was die Empfindlichkeit ihres Systems erhöht.

Acht weitere Beobachtungen zwischen Juli und November 2004 ergaben sieben weitere Pulsare in Terzan 5. Darüber hinaus zeigen die Daten der Astronomen Hinweise auf mehrere weitere Pulsare, die noch bestätigt werden müssen.

Zukünftige Studien der Pulsare in Terzan 5 werden Wissenschaftlern helfen, die Natur des Clusters und die komplexen Wechselwirkungen der Sterne in seinem dichten Kern zu verstehen. Außerdem bieten einige der Pulsare eine Fülle neuer wissenschaftlicher Informationen. Die Wissenschaftler vermuten, dass ein Pulsar, der seltsame Finsternisse seiner Funkemission zeigt, kürzlich seinen ursprünglichen binären Begleiter gegen einen anderen ausgetauscht hat, und zwei andere haben Weißzwerg-Begleiter, von denen sie glauben, dass sie durch die Kollision eines Neutronensterns und eines Neutronensterns entstanden sind roter Riesenstern. Subtile Effekte, die in diesen beiden Systemen beobachtet werden, können durch Einsteins allgemeine relativistische Gravitationstheorie erklärt werden und zeigen, dass die Neutronensterne massereicher sind, als einige Theorien zulassen. Das Material in einem Neutronenstern ist so dicht wie das in einem Atomkern, so dass diese Tatsache sowohl Auswirkungen auf die Kernphysik als auch auf die Astrophysik hat.

"Es war äußerst aufregend, all diese Pulsare zu finden, aber die Aufregung hat gerade erst begonnen", sagte Ransom. "Jetzt können wir sie als reichhaltiges und wertvolles kosmisches Labor nutzen", fügte er hinzu.

Neben Ransom, Hessels und Stairs gehörten Paulo Freire vom Arecibo Observatory in Puerto Rico, Fernando Camilo von der Columbia University, Victoria Kaspi von der McGill University und David Kaplan vom Massachusetts Institute of Technology zum Forschungsteam.

Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird. Die Pulsarforschung wurde auch von der Canada Foundation for Innovation, Science and Engineering Research Canada, der Quebec Foundation for Research on Nature, unterstützt und Technologie, das kanadische Institut für fortgeschrittene Forschung, das Canada Research Chairs Program und die National Science Foundation.

Originalquelle: NRAO-Pressemitteilung

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