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PULSARE
Überraschende Strahlung aus dem Krebsnebel
Redaktion / Pressemitteilung des DESY
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7. Oktober 2011

Pulsare, also Neutronensterne, die sich mit hoher Geschwindigkeit um die eigene Achse drehen, senden intensive und eng gebündelte Strahlung ins All aus und erinnern daher etwas an kosmische Leuchtfeuer. Bei der Messung der vom Pulsar im Krebsnebel ausgehenden Strahlung erlebten Astronomen nun eine Überraschung: Sie war deutlich stärker, als es die Modelle vorhersagen.

Krebsnebel

Der Krebsnebel in einer Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble.  Bild: NASA, ESA und Allison Loll / Jeff Hester (Arizona State University) / Davide De Martin (ESA/Hubble)

Zum ersten Mal haben Forscher von einem Pulsar ausgehende Gammastrahlen ungeahnt hoher Energien nachgewiesen. Mit Hilfe der VERITAS-Teleskope am Whipple-Observatorium im US-Bundesstaat Arizona konnten die Astronomen Gammastrahlen vom Pulsar im Krebsnebel mit Energien von über 100 Milliarden Elektronenvolt (100 GeV) registrieren. Die Beobachtung widerspricht allen bisherigen Modellen von Pulsaren. Die Ergebnisse des internationalen Teams von Astrophysikern, darunter auch Physiker des Forschungszentrums DESY in Zeuthen, werden heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Beim Pulsar im Krebsnebel handelt es sich um einen schnell rotierenden Neutronenstern. Der Pulsar und der ihn umgebende Krebsnebel sind die Überreste einer spektakulären Sternenexplosion, einer sogenannten Supernova, die im Jahre 1054 stattfand. Beide zählen zu den am meisten studierten Himmelsobjekten. Der Pulsar dreht sich 30 Mal pro Sekunde um die eigene Achse und damit auch sein starkes Magnetfeld. So entsteht eine hochenergetische Strahlung, da durch das rotierende Magnetfeld geladene Partikel bis auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und dabei Strahlung über ein breites Spektrum aussenden. Die gebündelt ausgesandten Strahlen drehen sich wie die Scheinwerfer eines Leuchtturms und werden deshalb auf der Erde als schnell pulsierend Signale wahrgenommen.

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Die Beobachtungen des Krebsnebel-Pulsars mit den VERITAS-Teleskopen zeigen nun, dass dort Gammastrahlen mit Energien von über 100 Milliarden Elektronenvolt erzeugt werden. Zum Vergleich: Sichtbares Licht hat etwa die Energie von einem Elektronenvolt. Dies widerspricht fast allen astrophysikalischen Theorien, nach denen sogenannte Krümmungsstrahlung für die gepulste Strahlung vom Krebsnebel-Pulsar verantwortlich ist. Krümmungsstrahlung entsteht, wenn hochenergetische, geladene Teilchen sich entlang gekrümmter Magnetfeldlinien bewegen.

Die theoretischen Modelle sagen einen exponentiellen Abfall des Spektrums der Krümmungsstrahlung oberhalb etwa 10 Milliarden Elektronenvolt vorher. Die VERITAS-Beobachtungen von Strahlung mit mehr als zehnmal höherer Energie zeigen jetzt, dass es trotz jahrelanger Beobachtungen des Krebsnebel-Pulsars noch kein funktionierendes Modell für diese Abstrahlungen mit hohen Energien gibt.

Mit VERITAS hoffen die Forscher außerdem Einsteins Relativitätstheorie testen zu können, nach der die Lichtgeschwindigkeit eine universelle Konstante ist. Dies ist auch deshalb interessant, weil einige Wissenschaftler versuchen, mit einer Quantengravitationstheorie Einsteins Theorie mit der Quantenmechanik zu verbinden. Diese Theorien sagen aber voraus, dass die Lichtgeschwindigkeit in sehr geringem Maße von der Energie eines Gammastrahls abhängt. Je höher die Energie eines Strahls ist, umso langsamer pflanzt er sich im Raum-Zeit-Kontinuum fort, was eine Verletzung von Einsteins Theorie wäre.

Mit den VERITAS-Beobachtungen der hochenergetischen Strahlung des Krebsnebel-Pulsars kann nach einer entsprechenden Verletzung gesucht werden. Vom Pulsar werden Gammastrahlen unterschiedlicher Energien zum gleichen Zeitpunkt abgestrahlt. Wenn diese sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten, würde sich der Effekt in einer kleinen Verschiebung der Pulspositionen bei verschiedenen Energien offenbaren.

VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) ist ein System von vier optischen Reflektoren mit je zwölf Meter Durchmesser, das am Fred Lawrence Whipple Observatory im Süden Arizonas steht. Die Reflektoren nehmen das Cherenkov-Licht von elektromagnetischen Teilchenschauern in der Atmosphäre auf, welche von hochenergetischen Gammastrahlen verursacht werden.

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siehe auch
Hubble: Beeindruckendes Mosaik des Krebs-Nebels - 5. Dezember 2005
Crab-Nebel: Ein Pulsar als Filmstar - 20. September 2002
Krebsnebel: Einzigartiger innerer Ring - 29. September 1999
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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