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Dr. Benjamin Knispel
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Animationen

This animation illustrates how analysis of Fermi data reveals new pulsars. Fermi's LAT records the precise time and position of the gamma rays it detects, but to identify a pulsar requires additional information -- its position in the sky, its pulse period, and the way the pulse changes over time. Additionally, even Fermi's sensitive LAT detects few gamma rays from these objects -- as few as one photon per 100,000 rotations. The Hannover team used new methods to execute a so-called blind search, using computers to check many different combinations of position and period against the 8,000 photons Fermi's LAT has collected during its three years in orbit. When photons from the pulses align in time, a new gamma-ray pulsar has been discovered.
© AEI/NASA Goddard Space Flight Center

Ein sprunghafter Pulsar

Max-Planck-Wissenschaftler entdecken jungen und hochenergetischen Neutronenstern mit außergewöhnlich unruhiger Rotation

23. Juli 2012

Pulsare sind kosmische Leuchttürme der Superlative. Die kompakten Neutronensterne drehen sich mehrmals pro Sekunde um die eigene Achse und senden dabei Radio- und Gammastrahlung ins All. Mithilfe raffinierter Datenanalyse haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI, Hannover) und des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in internationaler Kooperation nun einen ganz besonderen Gammapulsar aus den Daten des NASA-Weltraumobservatoriums Fermi gefischt: Das Objekt mit der Bezeichnung PSR J1838-0537 ist nicht im Radiobereich sichtbar, sehr jung und erfuhr während der Beobachtungszeit den bisher stärksten bei reinen Gammapulsaren beobachteten Ruck in seiner Drehbewegung.

Reine Gammapulsare lassen sich sehr schwer identifizieren, denn ihre Eigenschaften wie etwa die Rotationsperiode und deren zeitliche Änderung sind unbekannt. Und auch ihre exakte Position am Himmel können die Astronomen aus den ursprünglichen Fermi-Beobachtungen nur näherungsweise bestimmen. Sie müssen daher die Existenz eines Pulsarsignals bei einer Vielzahl von Kombinationen dieser Eigenschaften in einer rechenzeitaufwändigen Blindsuche überprüfen. Eine versteckte Periodizität in den Ankunftszeiten der Gammaphotonen lässt sich so nur mit großem Aufwand aufspüren.

Auch Hochleistungs-Rechnersysteme geraten dabei schnell an ihre Grenzen. Doch die Forscher nutzten ursprünglich zur Analyse von Gravitationswellendaten entwickelte Algorithmen, um die Fermi-Daten besonders effizient zu durchsuchen. „Mithilfe neuer optimaler Suchmethoden und des Computerclusters ATLAS am Albert-Einstein-Institut Hannover konnten wir viele bislang unentdeckte Signale aufspüren“, sagt Bruce Allen, Direktor am AEI. So verkündete Allens Team bereits im November 2011 die Entdeckung von neun neuen Fermi-Gammapulsaren, die allen vorherigen Suchen entgangen waren. Nun machten die Wissenschaftler mit derselben Methode einen weiteren außergewöhnlichen Fund.

Der Name des neu entdeckten Pulsars – J1838-0537 – ergibt sich aus seinen Himmelskoordinaten. „Der Pulsar ist mit einem Alter von 5000 Jahren sehr jung. Er dreht sich rund siebenmal pro Sekunde um die eigene Achse und befindet sich am Himmel in Richtung des Sternbilds Schild“, sagt Holger Pletsch, Wissenschaftler in Allens Gruppe und Erstautor der jetzt veröffentlichten Studie. „Nach der Entdeckung waren wir sehr überrascht, dass der Pulsar zuerst nur bis September 2009 sichtbar war. Danach schien er plötzlich zu verschwinden.“

Erst mit einer aufwändigen Folgeanalyse kam ein internationales Wissenschaftlerteam um Pletsch dem Geheimnis von Pulsar J1838-0537 auf die Spur: Er verschwand nicht, sondern erfuhr einen Ruck (englisch glitch), nach dem er sich plötzlich um 38 Millionstel Hertz schneller drehte als zuvor. „Diese Differenz mag verschwindend klein erscheinen, doch es ist der größte jemals bei einem reinen Gammapulsar gemessene Glitch“, erklärt Allen. Und dieses Verhalten hat Folgen.

„Bereits nach acht Stunden geht dadurch in unserer Zählung eine komplette Umdrehung des Pulsars verloren und wir können nicht mehr feststellen, zu welcher Rotationsphase die Gammaphotonen den Detektor an Bord von Fermi erreichten“, ergänzt Pletsch. Das Blinken des Neutronensterns werde auf für Radioastronomie Max-Planck-Institut diese Weise praktisch unsichtbar. Berücksichtigen die Forscher den Glitch und korrigieren die Rotationsänderung, taucht der Pulsar erneut in den Messdaten auf.

 
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