Neue Klasse von reinen Gammastrahlen-Pulsaren entdeckt

Mithilfe des Gammastrahlen-Observatoriums Fermi haben Astronomen mehr als ein Dutzend Pulsare neuen Typs entdeckt. Die schnell rotierenden Neutronensterne senden statt eng fokussierten Radiopulsen Schübe von energiereichen, breiter gestreuten Gammastrahlen aus, wie ein internationales Forscherteam in „Science Express“ berichtet. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten der Erforschung dieser kosmischen Phänomene. Schon jetzt konnten einige alte Theorien widerlegt werden.

Pulsare sind schnell rotierende stark magnetisierte Neutronensterne, die Strahlung quer durch das elektromagnetische Spektrum aussenden. Bisher wurden sie vor allem mithilfe von Radioteleskopen entdeckt. Der Nachteil dabei: Der Radiostrahl dieser Pulsare ist scharf gebündelt. Wie ein Leuchtturm durchstreicht er das All und kann nur dann detektiert werden, wenn er bei seinem Umlauf zufällig genau die Erde trifft. Jetzt hat das Gammastrahlenobservatorium Fermi erstmals Pulsare auch anhand ihrer Gammastrahlung geortet und damit neue Möglichkeiten der Erforschung dieser Phänomene eröffnet.

Fermi entdeckt neue Gammastrahlenquellen

Das in der Erdumlaufbahn kreisende Gammastrahlen-Observatorium Fermi mit seinem Large Area Telecope (LAT) registriert hochenergetische Photonen von Energien zwischen 20 Megaelektronenvolt und 300 Gigaelektronenvolt. Diese Teilchen sind damit millionen- bis milliardenfach energiereicher als die Komponenten des für uns sichtbaren Lichts. In den Beobachtungsdaten aus fünf Monaten über diese Frequenzbereiche suchten die Astronomen mit Hilfe neuer Auswertungssoftware gezielt nach periodisch sich wiederholenden Gammastrahlenschüben – und wurden fündig.

Sie entdeckten zwölf neue pulsierende Gammaquellen, die sich als Pulsare mit Rotationsperioden von 48 bis 444 Millisekunden entpuppten. „Wir kennen 1.800 Pulsare, aber bis Fermi konnten wir nur winzige Energieblitze von einigen von ihnen auffangen, erklärt Roger Romani von der Stanford Universität. „Jetzt sehen wir für Dutzende von Pulsaren die tatsächliche Kraft dieser kosmischen Maschinen.“

Das Fermi Gammastrahlen-Observatorium entdeckte zwölf bisher unbekannte Pulsare (orange) sowie Gammastrahlung von bekannten Radiopulsaren (magenta, cyan) und bisher unidentifizierten Gammastrahlenquellen (grün). © NASA / Fermi / LAT Collaboration

Breites Emissionsfeld statt enger Strahl

Im Gegensatz zu den Radiopulsaren ist die Gammastrahlung der neuen Pulsare weniger stark gebündelt. Die Wahrscheinlichkeit, einen solchen Strahl von der Erde aus einzufangen, ist somit weitaus größer. Die neuen Pulsare tragen daher dazu bei, die Geometrie der Emissionen von Pulsaren besser erforschen zu können und liefern auch wertvolle Informationen über die Verteilung und den Aufbau dieser kosmischen Leuchtfeuer. Zudem konnte eine ganze Reihe von bisher unidentifizierten Gammastrahlenquellen in unserer Galaxie nun als Pulsar bestimmt werden.

Strahlenpulse nicht an den Polen sondern im Magnetfeld produziert

„Wir dachten immer, dass die Gammastrahlen nahe der Polkappen eines Neutronensterns austreten, dort, wo sich auch die Radiostrahlen bilden“, erklärt Alice Harding vom Goddard Space Flight Center der NASA. „Die neuen reinen Gammastrahlenpulsare widerlegen diese Theorie.“

Die Astronomen gehen nun davon aus, dass die pulsierenden Gammastrahlen hoch über der Oberfläche des Neutronensterns entstehen. Dort werden Teilchen entlang der offenen Bögen des Sternenmagnetfelds beschleunigt und erzeugen so die Strahlung. Für den Vela-Pulsar, die hellste bisher bekannte Gammastrahlenquelle, liegt diese Emissionsregion rund 480 Kilometer außerhalb des nur gut 30 Kilometer großen Neutronensterns.

(Naval Research Laboratory/NASA, 11.09.2009 – NPO)