Das Dipol-Array-Teleskop - eine Masse von Drähten und Polen, die sich über eine Fläche von 57 Tennisplätzen erstreckte - benötigte mehr als zwei Jahre für den Bau der Studenten der Universität Cambridge. Nachdem das Teleskop im Juli 1967 fertiggestellt worden war, brauchte die Doktorandin Jocelyn Bell Burnell nur wenige Wochen, um etwas zu entdecken, das das Gebiet der Astronomie verändern würde.
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Das gigantische netzartige Teleskop produzierte genug Daten, um 700 Fuß Papier pro Woche zu füllen. Als Bell Burnell dies analysierte, bemerkte sie ein schwaches, sich wiederholendes Signal, das sie "Scruff" nannte - eine regelmäßige Folge von Impulsen, die 1, 33 Sekunden voneinander entfernt waren. Mit Hilfe ihres Vorgesetzten Antony Hewish konnte Bell Burnell das Signal später im Herbst und Winter erneut erfassen.
Das Signal sah aus wie nichts, was ein Astronom jemals zuvor gesehen hatte. Doch bald entdeckte Bell Burnell weitere kleine Leuchtfeuer, genau wie die ersten, die jedoch in verschiedenen Himmelsregionen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten pulsierten.
Nachdem offensichtliche Erklärungen wie Funkstörungen von der Erde beseitigt worden waren, gaben die Wissenschaftler dem Signal den fantasievollen Spitznamen LGM-1 für „kleine grüne Männer“ (später CP 1919 für „Cambridge Pulsar“). Obwohl sie nicht ernsthaft dachten, dass es sich um Außerirdische handeln könnte, blieb die Frage offen: Was sonst im Universum könnte einen so gleichmäßigen, regelmäßigen Ausbruch ausstrahlen?
Glücklicherweise war das Gebiet der Astronomie kollektiv bereit, in das Mysterium einzutauchen. Als die Entdeckung am 24. Februar 1968 im renommierten Nature Journal erschien, fanden andere Astronomen bald eine Antwort: Bell Burnell hatte Pulsare entdeckt, eine zuvor ungeahnte Form von Neutronenstern, die sich schnell drehte und Röntgen- oder Gammastrahlen aussendete .
"Pulsare waren völlig unerwartet, daher war es bemerkenswert, etwas zu entdecken, woran wir theoretisch noch nie gedacht hatten", sagt Josh Grindlay, Astrophysiker an der Harvard University und Doktorand an der Harvard University Entdeckung. „Die Entdeckung von Pulsaren zeigt uns, dass die Welt der kompakten Objekte sehr real war.“ In den letzten 50 Jahren haben Forscher geschätzt, dass es allein in unserer Galaxie Dutzende Millionen Pulsare gibt.
Bell Burnell im Jahr 1967, dem Jahr, in dem sie beobachtete, was Astrophysiker bald als die ersten bekannten Pulsare identifizieren würden. (Wikimedia Commons) Unter kompakten Objekten versteht man unter Grindlay solche exotischen Himmelsobjekte, zu denen schwarze Löcher und Neutronensterne gehören. Neutronensterne wurden 1934 von den Physikern Walter Baade und Fritz Zwicky vorgeschlagen, galten aber als zu dunkel und winzig, als dass Wissenschaftler sie in der Realität identifizieren könnten. Es wurde angenommen, dass diese unglaublich kleinen, dichten Sterne das Ergebnis des Supernova-Prozesses sind - wenn ein riesiger Stern explodiert und die verbleibende Materie in sich zusammenbricht.
Baade und Zwicky hatten recht. Wie Astrophysiker herausfanden, waren Pulsare eine kleine Untergruppe von Neutronensternen - und bewiesen, da sie sichtbar waren, die Existenz anderer Neutronensterne. Pulsare bestehen aus dicht gepackten Neutronen und haben einen Durchmesser von nur 21 Kilometern. Sie enthalten jedoch die doppelte Masse der Sonne. Ein Teil des Neutronensterns, der die Größe eines Zuckerwürfels hat, wiegt genauso viel wie der Mount Everest. Das einzige Objekt im Universum mit einer höheren Dichte als Neutronensterne und Pulsare ist ein Schwarzes Loch.
Was Pulsare von anderen Neutronensternen unterscheidet, ist die Tatsache, dass sie sich wie Spitzen so schnell drehen, dass sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern. Diese Drehbewegung, kombiniert mit den Magnetfeldern, die sie erzeugen, führt dazu, dass ein Strahl auf beiden Seiten aus ihnen herausschießt - nicht so sehr wie das konstante Leuchten unserer Sonne, sondern eher wie das rotierende Scheinwerferlicht eines Leuchtturms. Es war dieses Flimmern, das es Astrophysikern ermöglichte, Pulsare zu beobachten und zu entdecken und auf die Existenz von Neutronensternen zu schließen, die unsichtbar bleiben.
"Zu der Zeit, als dies geschah, wussten wir noch nicht, dass es zwischen den Sternen etwas gibt, geschweige denn, dass es turbulent ist", sagte Bell Burnell der New Yorkerin im Jahr 2017 und dachte über ihre historische Beobachtung nach. "Das ist eines der Dinge, die aus der Entdeckung von Pulsaren hervorgegangen sind - mehr Wissen über den Raum zwischen Sternen."
Neben dem Nachweis der Existenz von Neutronensternen verbesserten Pulsare auch unser Verständnis der Teilchenphysik und lieferten weitere Belege für Einsteins Relativitätstheorie. „Weil sie so dicht sind, beeinflussen sie die Raumzeit“, sagt der Physiker der San Diego State University, Fridolin Weber. "Wenn Sie gute Daten über Pulsare haben, kann Einsteins Theorie gegen konkurrierende Theorien getestet werden."
In der Praxis sind Pulsare fast so präzise wie Atomuhren, die die Zeit genauer messen als alles andere durch die regelmäßigen Bewegungen von angeregten Atomen. Wenn wir jemals Astronauten tief in den Weltraum schicken würden, könnten Pulsare als Navigationspunkte fungieren, sagt Weber. Als die NASA in den 1970er Jahren die Voyager-Sonden startete, enthielt das Raumschiff eine Karte des Standorts unserer Sonne in der Galaxie basierend auf 14 Pulsaren (obwohl einige Wissenschaftler die Karte kritisiert haben, weil wir erfahren haben, dass es in der Galaxie viel mehr Pulsare gibt als bisher angenommen).
In jüngerer Zeit sind Wissenschaftler optimistisch geworden, Pulsare zur Erkennung von Gravitationswellen einzusetzen, indem sie auf kleinste Anomalien hin überwacht werden. Diese Wellen in der Raum-Zeit, die Einstein bestätigten und Wissenschaftlern das Verständnis der Auswirkungen von supermassiven und dichten Objekten auf den Weltraum ermöglichten, brachten ihren Entdeckern den Nobelpreis für Physik 2017 ein - genau wie Antony Hewish 1974 den Physikpreis gewonnen hatte (Bell Burnell nicht) Ausgezeichnet, vielleicht wegen ihres Status als Studentin, wie sie behauptet, oder weil sie eine Frau ist, wie andere vorgeschlagen haben.) Jetzt planen Wissenschaftler, mithilfe von Pulsaren Gravitationswellen zu finden, die selbst LIGO nicht erkennen kann.
Über das Verhalten der Pulsare und ihren Platz in der Galaxie bleiben jedoch noch viele Fragen offen. „Wir verstehen die genaue Elektrodynamik der Funkimpulserzeugung immer noch nicht ganz“, sagt Grindlay. Wenn Wissenschaftler einen Pulsar in einem binären System mit einem Schwarzen Loch beobachten könnten - die beiden miteinander wechselwirkenden Objekte - würde dies noch mehr Einblick in die Natur der Physik und des Universums geben. Dank neuer Teleskope wie dem Quadratkilometer-Array in Südafrika und dem sphärischen Fünfhundert-Meter-Apertur-Teleskop (FAST) in China dürften Physiker in Kürze viel mehr Daten zur Verfügung haben.
„Wir haben viele Modelle über superdichte Materie und Objekte [wie Pulsare], aber um zu wissen, was wirklich vor sich geht und wie man sie detailliert beschreibt, benötigen wir qualitativ hochwertige Daten“, sagt Weber. „Es ist das erste Mal, dass wir diese Daten haben. Die Zukunft ist wirklich aufregend. “
