Im Jahr 1967 wurde der erste Pulsar entdeckt, ein Neutronenstern, der dieses intermittierende Lichtphänomen hervorruft: Was ist das, wie entsteht es und wie funktioniert es?
Pulsare sind Neutronensterne, die in kurzen, regelmäßigen Abständen Radiosignale aussenden. Der abgekürzte Begriff Pulsar kommt von pulsierender Radioquelle oder pulsierendem Stern. Der erste Pulsar wurde 1967 zufällig entdeckt, und seine intermittierenden Signale wurden zunächst für Radiosignale von Außerirdischen gehalten! Vielmehr handelt es sich um ein Phänomen, das durch die extrem hohe Rotationsgeschwindigkeit des pulsierenden Sterns verursacht wird, die Strahlung in Richtung seiner magnetischen Achse erzeugt. Wenn die Rotations- und die Magnetachse nicht konvergieren, ist der Strahlungsfluss auf der Erde sichtbar, wie das starke Licht eines Leuchtturms.
Ein kleiner Leuchtturm von der Erde aus gesehen: das sind Pulsare
Was ist ein Pulsar? Pulsare sind sehr dichte und kompakte Sterne, die etwa so groß wie eine Großstadt sind, aber mehr Masse als die Sonne enthalten. Es handelt sich um stark magnetisierte, kugelförmige, rotierende Elemente, in der Regel Neutronensterne, aber auch Weiße Zwerge, die von ihren Magnetpolen aus elektromagnetische Strahlen aussenden.
Neutronensterne haben kurze und regelmäßige Rotationsperioden. Dadurch ergibt sich ein sehr präzises Intervall zwischen den Impulsen, das bei einem einzelnen Pulsar von Millisekunden bis zu Sekunden reicht. Diese Strahlung kann nur beobachtet werden, wenn ein Emissionsstrahl auf die Erde gerichtet ist. Wie eingangs erwähnt, kann man es mit einem Leuchtturm vergleichen, der nur dann zu sehen ist, wenn das Licht in die Richtung eines Beobachters gerichtet ist.
Von der Erde aus betrachtet, erscheinen Pulsare als blinkende Sterne, als gelbe Lichtkegel, die sich regelmäßig ein- und ausschalten. In Wirklichkeit liegt das daran, dass der Lichtstrahl des Pulsars in der Regel nicht auf die Rotationsachse des Pulsars ausgerichtet ist. Die Frequenz der Lichtpulse verrät auch, wie schnell der Pulsar rotiert.
Insgesamt wurden mehr als 2.000 Pulsare entdeckt. Die meisten von ihnen drehen sich etwa einmal pro Sekunde (so genannte "langsame Pulsare"), während mehr als 200 Pulsare gefunden wurden, die sich Hunderte Male pro Sekunde drehen (so genannte "Millisekunden-Pulsare"). Die schnellsten bekannten Millisekunden-Pulsare können sich mehr als 700 Mal pro Sekunde drehen!
Wie entstehen Pulsare
Ein Pulsar ist eigentlich kein Stern, zumindest kein "lebender" Stern. Ein Pulsar gehört, wie bereits erwähnt, zur Familie der "Neutronensterne", die entstehen, wenn einem Stern, der massereicher als die Sonne ist, der Brennstoff in seinem Kern ausgeht und er in sich selbst zusammenfällt. Dieser Sternentod führt normalerweise zu einer gewaltigen Explosion, die als Supernova bezeichnet wird. Der Neutronenstern ist der dichte Materialklumpen, der nach diesem explosiven Tod übrig bleibt.
Pulsare: einige Merkmale
Neutronensterne haben typischerweise einen Durchmesser von 20 bis 24 Kilometern (12,4 bis 14,9 Meilen), können aber bis zu doppelt so viel Masse enthalten wie die Sonne, die einen Durchmesser von etwa 1,392 Millionen Kilometern (864.938 Meilen) hat. Ein Stück Material von der Größe eines Zuckerwürfels aus einem Neutronenstern würde nach Angaben der NASA etwa 1 Milliarde Tonnen wiegen, "etwa so viel wie der Mount Everest".
Die Anziehungskraft auf die Oberfläche eines Neutronensterns wäre etwa 1 Milliarde Mal stärker als die Anziehungskraft auf die Oberfläche der Erde. Das einzige Objekt mit einer höheren Dichte als ein Neutronenstern ist ein Schwarzes Loch, das ebenfalls entsteht, wenn ein sterbender Stern kollabiert.
Der massivste jemals gemessene Neutronenstern hat die 2,04-fache Masse der Sonne. Laut Feryal Özel, einem Professor für Astronomie und Astrophysik an der Arizona State University, der sich auf kompakte Objekte und extreme Materiezustände im Universum spezialisiert hat, wissen die Wissenschaftler nicht genau, wie massiv Neutronensterne werden können, bevor sie zu schwarzen Löchern werden.
Özel wies auch darauf hin, dass der von einem Pulsar ausgesandte Radiowellenstrahl möglicherweise nicht durch das Sichtfeld eines auf der Erde stationierten Teleskops hindurchgeht, so dass Astronomen ihn nicht sehen können. Warum haben Pulsare eine Wellenbewegung? Pulsare rotieren, weil die Sterne, aus denen sie entstanden sind, ebenfalls rotieren, und der Kollaps der Sternmaterie führt zu einer Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des Pulsars.
Der Pulsar nimmt Materie und Schwung von anderen Himmelskörpern auf und erhöht so allmählich seine Rotationsgeschwindigkeit. In der Praxis kann ein Pulsar einen ganzen Stern verschlucken und ihm das Leben aussaugen! Sie werden von Wissenschaftlern genutzt, um Informationen über die Physik von Neutronensternen, der dichtesten Materie im Universum (abgesehen von der Materie schwarzer Löcher), zu erhalten, aber auch um nach Planeten außerhalb des Sonnensystems zu suchen und kosmische Entfernungen zu messen. Pulsare könnten den Wissenschaftlern auch bei der Analyse von Gravitationswellen helfen, die den Weg zu energetischen kosmischen Ereignissen wie Kollisionen zwischen supermassiven schwarzen Löchern weisen könnten.