Pulsare

Pulsare

 

[zu englisch pulse »Impuls«, »Schwingung«, Analogiebildung zu Quasar], Singular Pulsar der, -s, kosmische Radioquellen, deren Strahlung in Pulsen sehr kurzer und jeweils (nahezu) konstanter Pulsperiode empfangen wird (die relative Abweichung beträgt typischerweise 10^-10). Die Pulsperioden der über 1000 bislang (2000) bekannten Pulsare liegen zwischen 1,5 ms und 8 s, mit einem Maximum der Verteilung bei knapp unter einer Sekunde. Die Pulslängen betragen durchschnittlich etwa 5 % der Pulsperioden. Die Pulshöhen zeigen unregelmäßige Schwankungen, bei der Mittelung über viele Pulse ergibt sich für jeden Pulsar ein eigenes Pulsprofil, das meist aus zwei Komponenten besteht. Die Einzelpulsare zeigen zum Teil Strukturen mit Zeitskalen von etwa 0,1 ms Dauer. Das Spektrum der Strahlung fällt nach hohen Frequenzen hin ab. Die Pulsperioden nehmen um etwa 10^-15 je Periode zu, was einer Verdopplung der Periode in einigen Mio. Jahren entspricht. Einige Pulsare zeigen plötzlich unstetige Periodenverkürzungen, wonach wieder eine Periodenzunahme mit gleicher Geschwindigkeit wie zuvor erfolgt.

 

Pulsare werden im Allgemeinen mit PSR und ihren Koordinaten benannt, z. B. gibt beim ersten entdeckten Pulsar PSR 1919+21 (A. Hewish und J. Bell, 1967) die erste Zahl die Rektaszension (19^h19^min), die zweite die Deklination (+21º) an.

 

Bei einigen Pulsaren beobachtet man gepulste Strahlung außer im Radiofrequenz- auch im optischen sowie im Röntgen- und sogar im Gammabereich, z. B. beim Krebsnebelpulsar PSR 0531+21, dem stellaren Überrest der Supernova von 1054; seine Periode beträgt 0,03320 s (Krebsnebel). Bisher konnten drei weitere Pulsare mit Supernovaüberresten in Verbindung gebracht werden, u. a. der Velapulsar. Es existieren auch Pulsare, von denen man nur gepulste Gamma-, aber keine gepulste Radiostrahlung empfängt.

 

Nach allgemeiner Auffassung handelt es sich bei Pulsaren um rotierende Neutronensterne. Sie sind das Ergebnis einer Supernovaexplosion, bei der das Zentralgebiet eines massereichen Sterns kollabierte, wobei sein Radius auf den etwa 10^-4 ten Teil geschrumpft ist. Wegen der Drehimpulserhaltung erfolgt eine Verkleinerung der Rotationsperiode auf den etwa 10^-8 ten Teil der ursprünglichen Periode, ein ursprüngliches Magnetfeld verstärkt sich um etwa diesen Faktor. Rotations- und Magnetfeldachse fallen im Allgemeinen nicht zusammen. - Für das Entstehen der Pulsarstrahlung gibt es noch keine allgemein akzeptierte Erklärung, doch geht man davon aus, dass das Magnetfeld nahezu Dipolcharakter aufweist, seine Stärke daher mit wachsendem Abstand von der Sternoberfläche abnimmt. Elektrisch geladene Teilchen werden daher nach außen getrieben und beschleunigt, Elektronen erreichen dabei nahezu Lichtgeschwindigkeit. Vom Magnetfeld zur Mitrotation gezwungen, durchlaufen sie gekrümmte Bahnen, was zur Ausstrahlung von Synchrotronstrahlung in einen engen Kegel in Richtung der augenblicklichen Bewegung führt. Befindet sich der Beobachter in Richtung des Strahlkegels, nimmt er periodische Strahlungsblitze wahr. Wegen des geringen Kegelöffnungswinkels ist die Wahrscheinlichkeit dafür gering, sodass nicht in jedem Supernovaüberrest ein Pulsar beobachtet wird; außerdem führt nicht jede Supernovaexplosion zur Bildung eines Neutronensterns. Die abgestrahlte Energie wird der Rotationsenergie des Neutronensterns entnommen, wodurch die Periodenlänge langsam zunimmt; die plötzlichen Periodenverkürzungen dürften auf Trägheitsmomentsänderungen im Stern zurückgehen. Die Pulsare mit Perioden im Millisekundenbereich haben wahrscheinlich eine nachträgliche Rotationsbeschleunigung erfahren: Sie sind Mitglieder von Doppelsternsystemen. Beim Überströmen von drehimpulstragender Materie von der anderen Komponente des Doppelsterns wird der Drehimpuls des Neutronensterns vergrößert. Beim Überströmen kann es zur Aufheizung der Neutronensternoberfläche im Bereich der Magnetfeldpole kommen, von denen dann thermische Röntgenstrahlung ausgeht (Röntgenpulsar).

 

Einige Pulsare haben als Partner einen weiteren Neutronenstern (Binärpulsar), z. B. PSR 1913+16. Die zeitlichen Änderungen der Bahnelemente derartiger Systeme werden durch die Ausstrahlung von Gravitationswellen verursacht.

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Sterne: Aufbau und Entwicklung