PULSARE
Stern verschlingt seinen Begleiter
von Hans Zekl
für astronews.com
12. September 2005

Wissenschaftler entdeckten mit dem ESA-Weltraumteleskop Integral und dem NASA-Röntgensatelliten Rossi einen schnell rotierenden Pulsar, der gerade dabei ist, seinen Begleiter aufzusaugen. Für die Astronomen ist dieser Fund ein Glücksfall, hilft er ihnen doch zu verstehen, wie sogenannte Millisekundenpulsare entstehen.

So könnte das System  IGR J00291+5934 im Sternbild Kassiopeia aussehen. Bild: NASA / Dana Berry

Massereiche Sterne erleiden einen gewaltsamen Tod. Nach einer gewaltigen Supernovaexplosion, bei der der größte Teil ihrer Masse ins Weltall geschleudert wird, enden sie als Schwarzes Loch oder als ultradichter Neutronenstern. In ihm ist die Masse unserer Sonne in einer Kugel mit rund 20 Kilometern Durchmesser zusammengepresst.

Der Druck der Schwerkraft ist so stark, dass die elektrisch geladenen Bestandteile der Atome, die Protonen und Elektronen, sich zu neutralen Neutronen vereinigen. Normalerweise verhindern starke physikalische Kräfte diesen Vorgang. Ein Teelöffel dieser exotischen Materie würde auf der Erde einige hundert Millionen Tonnen wiegen.

Gleichzeitig rotieren Neutronensterne sehr schnell. Während unsere Sonne sich am Äquator in rund 25 Tagen einmal um ihre Achse dreht, brauchen Neutronensterne nur Sekunden oder weniger. Wie eine Eiskunstläuferin, die sich schneller dreht, wenn sie ihre Arme anzieht, erhöht sich die Umdrehungsgeschwindigkeit der sterbenden Sterne, wenn ihr Durchmesser schrumpft.

Der erste entdeckte Pulsar im Krebsnebel beispielsweise ist noch recht jung – knapp über 1.000 Jahre - und rotiert 33 Mal in der Sekunde. Im Laufe einiger hunderttausend Jahre drehen sich Pulsare durch die Bremswirkung ihres starken Magnetfelds immer langsamer. Das starke Magnetfeld sorgt auch dafür, dass Licht vom Neutronenstern wie Scheinwerfer gebündelt in entgegengesetzte Richtungen abgestrahlt wird. Jedes mal, wenn ein Lichtkegel über die Erde streicht, blitzt der Stern kurz auf. Daher der Name Pulsar.

Es gibt jedoch eine besondere Klasse von Pulsaren, die sich noch deutlich schneller um ihre eigene Achse drehen: Die sogenannten Millisekundenspulsare benötigen für eine Umdrehung nur wenige Tausendstel Sekunden. Schon früher vermuteten Wissenschaftler, dass diese relativ alten Neutronensterne wie eine Spieluhr immer wieder aufgezogen werden müssen. Das geht aber nur, wenn es ihnen gelingt, Materie eines anderen Sterns aufzusaugen. Dann kommt es nämlich wieder zu dem Pirouetteneffekt. Aber beobachtet wurde diese Art von Kannibalismus bisher nie.

Genau dieses gelang jetzt aber im letzten Dezember einer Forschergruppe aus Frankreich, den Niederlanden, Finnland, Italien und Großbritannien. Der Pulsar IGR
J00291+5934 im Sternbild Kassiopeia gehört zur Klasse der
Millisekundenpulsare und dreht sich fast 599 Mal pro Sekunde um seine Achse. Eine Umdrehung dauert nur 1,67 Tausendstel Sekunden. Damit ist er der "schnellste" Millisekundenpulsar, den man kennt.

So konnte auch zum ersten Mal verfolgt werden, wie die Rotationsbeschleunigung abläuft: Der Neutronenstern saugt Gas seines Begleitsterns ab, das dann auf ihn in einer Spirale herabströmte. Wissenschaftler sprechen dabei von Akkretion. Dabei wird das Gas stark aufgeheizt und strahlt hell im Gamma- und Röntgenlicht, das von den beiden Weltraumobservatorien Integral und Rossi beobachtet wurde.

"Wir sind nun soweit, dass wir bei jedem schnell rotierenden einsamen Pulsar sagen können: Der Kerl muss einmal einen Begleiter gehabt haben", kommentierte Maurizio Falanga vom Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) in Saclay, Frankreich, der die Integral-Beobachtungen leitete. Integral kann gleichzeitig im Gamma-, Röntgen- und sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums beobachten.

Der Pulsar wurde am 2. Dezember 2004 von Integral während eines Helligkeitsausbruchs entdeckt. Schon einen Tag später nahm ihn der Röntgensatelliten Rossi unter die Lupe. Schnell stellte sich dabei heraus, dass der Begleiter schon stark geschrumpft ist und den größten Teil seiner Masse inzwischen verloren hat. Er besitzt nur noch die 40-fache Masse des Planeten Jupiter. In nur zweieinhalb Stunden läuft er um den Neutronenstern. Seine Umlaufbahn ist so eng, dass das ganze System bequem in unserer Sonne Platz finden würde.

"Die Akkretion endet wahrscheinlich nach etwa einer Milliarde Jahren," erklärte Duncan Galloway vom Massachusetts Institute of Technology, der die Rossi-Beobachtungen leitete. Rossi kann im Röntgenlicht Untersuchungen mit hoher zeitlicher Auflösung durchführen. Für die Pulsarforschung ist diese Beobachtung so etwas wie der Stein von Rosetta. "Diese Entdeckung von Integral und Rossi zeigt, wie sich Pulsare von einer Phase zur anderen entwickeln," so Duncan Galloway.