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<blockquote data-quote="H2SO4" data-source="post: 91589" data-attributes="member: 2506"><p>* Bisher wurden Pulse mit Periodenlängen von etwa 0.0008 bis herauf zu max. 4.3 Sekunden gefunden.</p><p> * Die Pulse wiederholen sich mit außerordentlicher Regelmäßigkeit</p><p> * Die Dauer des Impulses beträgt rund 1/30 der Periodenlänge</p><p> * Die Periodendauer wird im Laufe der Zeit größer</p><p></p><p>Anzumerken ist hier noch, dass die Stärke der Impulse starken Schwankungen unterworfen sein kann.</p><p></p><p>Wie kann man nun diese Pulse interpretieren? Schon allein aus der Kürze der Perioden lässt sich folgern, dass es sich hier nicht um Doppelsternsysteme (Bedeckungsveränderliche) handeln kann, da auch in sehr engen Systemen die Umlaufzeiten mindestens im Stundenbereich liegen. Auch die Rotation eines "normalen" Sterns liegt im Stundenbereich, ebenso wie die Pulsation (zeitlich begrenzte Ausdehnung mit anschließender Kontraktion der Sternhülle).</p><p></p><p>Nach dem Ausklammern all dieser Möglichkeiten dynamischer Prozesse bleibt als Schlussfolgerung noch die schnelle Rotation eines Körpers. Und damit lag man nun genau richtig, so schnell rotieren können nur Neutronensterne und es stellte sich bald heraus, dass diese Annahme zutraf.</p><p></p><p>Pulsar in binärem SystemKünstlerische Darstellung eines Millisekunden- Pulsars. Dieser befindet sich in einem binären System und ist umgeben von einer Akkretionsscheibe, deren Material er ständig von seinem Begleiter, einem Roten Riesen, absaugt. Durch die auftreffende Materie wird der Neutronenstern immer schneller, weil er den zusätzlichen Drehimpuls der Materie erhält. So wie in dieser Darstellung sieht wahrscheinlich das System SAX J1808.4-3658 aus, eine starke, gepulste Röntgenquelle im Sternbild Sagittarius (Schütze).</p><p></p><p>Was aber muss passieren, damit ein Stern (um den es sich ja hier zweifelsfrei handelt) so schnell rotiert? Im Kapitel über Neutronensterne wurde dies bereits angedeutet. Beim Gravitationskollaps eines Sterns zum Neutronenstern verringert sich dessen Radius um den Faktor 100 000 (105). Der Drehimpuls eines Körpers berechnet sich aus dem Quadrat des Radius, multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit. Zur Erhaltung des Drehimpulses muss demzufolge die Winkelgeschwindigkeit um den Faktor 1010 zunehmen! Hierin liegt das Rätsel der schnellen Rotation begründet. Der ehemalige Stern, der für eine Umdrehung Tage oder Stunden brauchte, rotiert jetzt in Sekundenbruchteilen. In der selben Größenordnung wie die Rotationsgeschwindigkeit nimmt auch das Magnetfeld des Neutronensterns zu, welches dann im Bereich von Milliarden Tesla liegt.</p><p></p><p>Nun haben wir die notwendigen Voraussetzungen, um eine Erklärung für die Funkimpulse der Neutronensterne zu finden. Das gigantische Magnetfeld des Pulsars ist meist gegen seine Rotationsachse geneigt. Es erzeugt in der Umgebung des Körpers ein elektrisches Feld, welches mit Spannungen von Billiarden Volt (!) als ultrastarker Teilchenbeschleuniger fungiert.</p><p></p><p>Auf der Oberfläche des Neutronensterns sind noch Protonen und Elektronen vorhanden, und diese werden jetzt entlang der Feldlinien des Magnetfeldes beschleunigt, in Richtung der Polregionen. Die Beschleunigung ist so groß, dass die Teilchen annähernd Lichtgeschwindigkeit erreichen. Ihre kinetische Energie steigt dabei derartig an, dass sie in einem schmalen Kegel zu den Polkappen hin so genannte Synchrotronstrahlung emittieren. Dieser, einem Leuchtfeuer vergleichbare Kegel, rotiert mit der Rotationsgeschwindigkeit des Neutronensterns. Die ultraschnellen Teilchen erhalten einen Energieinhalt, der ihrem Energie- Masse- Äquivalent (E = mc2) millionenfach überlegen ist. Man geht auch neuerdings davon aus, dass die Teilchen nicht nur von der Sternoberfläche stammen, sondern es sich dabei ebenso um Elektronen oder Positronen handeln kann, die spontan als virtuelle Teilchenpaare aus dem Quantenvakuum in der Umgebung des Neutronensterns entstehen können.</p><p></p><p>Immer dann, wenn der erzeugte Strahl wie ein Blitz die Erde streift, registrieren wir einen Impuls dieser Synchrotronstrahlung. Ist die Achse des Pulsars so geneigt, dass der Strahlenkegel nicht in Richtung Erde zeigt, können wir diesen Stern auch nicht als Pulsar identifizieren.</p><p></p><p>Wirkungsweise eines PulsarsDie vom Neutronenstern abgestrahlten, enormen Energiemengen müssen nun auch irgendeine Wirkung hinterlassen. Das ist auch der Fall, denn die Energie wird aus der Rotationsenergie des Pulsars bezogen, daher nimmt die Rotationsgeschwindigkeit ständig ab. Das heißt, die Periodenlänge der Pulse wird immer größer. Irgendwann muss dann logischerweise die Rotation zum Stillstand kommen. Ebenso wird sich in fernster Zukunft das Magnetfeld verlieren, denn es wird durch eine Art Dynamoeffekt im Innern des Neutronensterns aufgrund seiner Rotation generiert.</p><p></p><p>Jetzt lassen sich noch weitere Schlussfolgerungen ziehen:</p><p>Sehr schnell rotierende Neutronensterne, also mit kurzer Periodendauer, sind noch jung, pulsieren sie bereits im Sekundenbereich, so werden sie ihr Leuchtfeuer bald einstellen. Man kann berechnen, dass nach etwa 10 Millionen Jahren die Rotation eines Neutronensterns so langsam geworden ist, dass er nicht mehr als Pulsar in Erscheinung tritt.</p><p></p><p>Merkwürdig dabei ist, dass bis heute noch kein Pulsar entdeckt wurde, der eine kürzere Periodendauer als 8 Tausendstel Sekunden aufweist. Das aber sollte gerade bei jungen Pulsaren möglich sein, die feste Oberfläche des Sternkörpers würde es jedenfalls zulassen. Eine Erklärung liegt möglicherweise darin, dass Vibrationen des Neutronengases (so genannte r-Moden) durch Gravitationswellen verstärkt werden, wodurch ein zusätzlicher Bremseffekt entsteht. Hierdurch wird die anfängliche hohe Rotationsgeschwindigkeit unmittelbar nach dem Kollaps bereits wieder verlangsamt. Wissenschaftler hoffen heute, diese Gravitationswellen bald nachweisen zu können.</p><p></p><p>Nun gibt es aber Pulsare, welche ihre Periodendauer (im Millisekundenbereich) nicht oder nur kaum verändern, und man hat einige Anzeichen dafür ermittelt, dass es sich um alte Sterne handeln muss. Man vermutet hier die Entstehung des Neutronensterns in einem Doppelsternsystem, was recht häufig vorkommt. Der Neutronenstern akkretiert Materie von seinem Begleiter und nimmt dabei den Drehimpuls dieser Materie auf. Sie sammelt sich zunächst in einer den Neutronenstern umgebenden, rotierenden Akkretionsscheibe, um erst dann auf die Sternoberfläche nieder zu gehen. Somit stammt der zusätzliche Drehimpuls aus der Akkretionsscheibe.</p><p></p><p>Es gibt aber noch eine Ungereimtheit zu klären: Bei diesen Pulsaren sollte man, da sie Teil eines Sternsystems sind, auch eine Bahnbewegung finden. Das ist aber manchmal leider nicht der Fall. Hier bleibt nur die Vermutung, dass der andauernde Beschuss des Begleitsterns mit den mehr als hochenergetischen Teilchen ihn regelrecht verdampft hat.</p><p></p><p>Der Krabben- Nebel M1 im Stier Der Krabben- Nebel M1 im Sternbild Stier in 7000 Lichtjahren Entfernung. Einer der schönsten Anblicke am Himmel entstand durch eine Supernova im Jahre 1054. Heute hat der Nebel eine Ausdehnung von 10 Lichtjahren, in seinem Zentrum befindet sich ein pulsar.</p><p></p><p>Man kann die Pulslänge der emittierten Strahlung sehr genau bestimmen. Und wir wissen nun, dass sie eigentlich im Laufe der Zeit durch Abbremsung der Rotation größer werden wird. Manchmal werden die Pulse jedoch um einen kleinen Betrag beschleunigt, als wenn jemand dem Stern einen Tritt, einen zusätzlichen Impuls versetzt. Diese "Ausrutscher", Glitches genannt, haben aber eine natürliche Ursache: Der rotierende Stern wird durch Trägheitskräfte etwas abgeflacht (wie beispielsweise die Erde auch), wodurch an seinem Äquator ein Wulst entsteht. Wenn die Rotation sich nun verlangsamt, versucht sich diese Wulst zu verringern. Es bauen sich dabei Spannungen in der festen Kruste des Neutronensterns auf, und irgendwann werden die Kräfte so groß, dass die Kruste zerspringt. Dies verleiht dem Stern den zusätzlichen Drehimpuls.</p><p></p><p>Es gibt allerdings noch eine andere Ursache für die Glitches. Die feste Kruste des Neutronensterns gleitet auf dem flüssigen Kern. Die Verlangsamung der Rotation wirkt sich zuerst auf die Kruste auf, und es entstehen nun unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten zwischen Kruste und Kern. Die Abbremsung wird durch Reibung nach innen weitergegeben, allerdings nicht gleichmäßig sondern ruckartig. Es baut sich so eine starke Reibungskraft auf, die plötzlich nach innen freigelassen wird, hierdurch erhält die Kruste quasi den Tritt.</p><p>Durch die umfangreiche Untersuchung dieser Glitches konnten die Wissenschaftler viele theoretische Vorhersagen bezüglich des Aufbaus von Neutronensternen bestätigen.</p><p></p><p>Pulsar CTA 1Im Sternbild Cepheus hat das Fermi Gamma- ray Space Telescope, ursprünglich mit Namen GLAST, den ersten Pulsar entdeckt, der ausschließlich im Gammabereich "funkt". Im genannten zirkumpolaren Sternbild findet sich der Überrest (remnant) einer Supernova, die vor 10 000 Jahren explodierte. Der als CTA 1 bezeichnete Gasnebel ist 4600 Lichtjahre von der Erde entfernt. Fermi hat mit dieser Entdeckung eine ganz neue Klasse von Pulsaren eröffnet. Bis heute sind etwa 1800 Pulsare gefunden worden, die meisten von ihnen strahlen im Radiobereich und weisen ein Alter von 1 Million Jahren auf. Die neue Klasse beinhaltet zwar nur 10 Objekte, deren Strahlungsemission jedoch im Hochenergiebereich angesiedelt ist - und es sind junge Neutronensterne. So ist dann auch die Strahlungsleistung des neuen Gamma- Pulsars gleich um den Faktor 1000 stärker als die Leuchtkraft der Sonne. Alle 316,86 Millisekunden wird die Erde von ihm mit einen Gammablitz bedacht, er rotiert also rund 3 Mal in einer Sekunde um seine Achse. Die Gammastrahlen werden erzeugt, weil dort geladene Teilchen entlang der Magnetfeldlinien bis fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Weil die Strahlung durch die Rotation genährt wird, zerrt das an der Rotationsenergie. Hierdurch wird die Rotationsgeschwindigkeit dieses Pulsars alle 87 000 Jahre um 1 Sekunde verlangsamt.</p><p></p><p>Im Sternbild Cepheus finden wir übrigens einen interessanten Stern, ´ Cep, der gleich einer ganzen Klasse von Sternen ihren Namen gibt: den Cepheiden. Bei diesen veränderlichen Sternen stehen Periode und Leuchtkraft in einer sehr festen Beziehung, weshalb sie als so genannte Standardkerze zur Entfernungsbestimmung dienen. </p><p></p><p>Magnetare sind, ähnlich wie die Pulsare, eine besondere Klasse von Neutronensternen.</p><p>Wie wir in den vorhergehenden Kapiteln gesehen haben, entstehen Neutronensterne, wenn massereiche Sterne (mehr als ca. 8 Sonnenmassen) an ihrem Lebensende im gigantischen Blitz einer Supernova- Explosion vergehen. Im Innern des Sterns hat sich eine kosmische Katastrophe zugetragen, als das Zentrum zu einem Neutronenstern kollabierte. Übrig bleibt vom einstigen Giganten mit einem Durchmesser im Bereich von Millionen Kilometern eine superkompakte Kugel von 10- 30 [Km] und eine ins All geschleuderte Wolke aus Gas und Staub.</p><p></p><p>Diese Kugel behält allerdings noch einige Eigenschaften des ursprünglichen Sterns. So weist sie beispielsweise noch denselben Drehimpuls auf, weshalb Neutronensterne mit bis zu 1000 Umdrehungen pro Sekunde rotieren. Ist der Neutronenstern gerade gebildet, findet auch in ihm Konvektion statt. Das bedeutet, dass Zellen heißer Neutronenflüssigkeit aufwärts steigen, sich an der Oberfläche abkühlen und wieder absinken. Das alles geschieht sehr schnell: Die Konvektion findet im Millisekundenbereich statt, wobei eine einzelne Konvektionszelle kleiner als 1 [Km] ist. Rotiert der Neutronenstern ebenfalls im Millisekundenbereich, so entsteht vorübergehend ein ultrastarker Dynamo, der ein wahrhaft gigantisches Magnetfeld erzeugt: Die magnetische Flussdichte kann bis zu 1011 [T] ([T] = Tesla) betragen (im Vergleich: das Magnetfeld der Erde weist je nach Lage 0,30 × 10-4 [T] bis 0,70 × 10-4 [T] auf). Es ist ein Magnetar entstanden.</p><p></p><p>Aufbau eines MagnetarsSo stellt sich nach heutigem Wissensstand der Aufbau eines Magnetars dar. Unter einer sehr dünnen Schicht aus heißem Eisenplasma befindet sich eine feste Kruste in kristalliner Form. In dieser Kruste entladen sich manchmal aufgebaute Spannungen als Sternbeben. Darunter befindet sich supraflüssige und supraleitende Neutronenflüssigkeit, den Kern stellt man sich als einen festen Block vor, der vielleicht aus Quarks bestehen könnte. Dies bleibt allerdings vorerst reine Spekulation, da wir solche extremen Bedingungen in keinem Labor simulieren können.</p><p></p><p>Um sich eine Vorstellung von der Stärke eines solchen Magnetfeldes machen zu können, besuchen wir in Gedanken einen Magnetar:</p><p></p><p>Bereits aus einer Entfernung von 200 000 [Km] wird er unsere Kreditkarten löschen und uns die Münzen aus der Geldbörse ziehen. Der Verlust unserer Zahlungsmittel wäre dann aber bei weiterer Annäherung unsere geringste Sorge! Solch ein Magnetfeld ist für jeden Organismus absolut tödlich, da es direkt die Atome und Moleküle beeinflusst. Wir sollten also lieber auf respektvoller Distanz bleiben. Unsere Körper würden zudem vom Gezeiteneffekt der übermächtigen Gravitation in die Länge gezogen wie Bandnudeln. Den Rest würde uns dann noch die extreme Gamma- bzw. Röntgenstrahlung besorgen. Doch auch aus einem anderen Grund sollten wir von unserem Besuch Abstand nehmen, denn es gäbe nicht viel für uns zu sehen: Die größten Gebirge der Erde wären auf einem Neutronenstern auf die Größe einer Ameise zusammengequetscht. Die ungeheure Gravitation eines Neutronensterns lässt keine Erhebungen zu.</p><p></p><p>Das enorme Magnetfeld hat auf den jungen Neutronenstern einen bedeutenden Einfluss, denn es bremst seine Rotation. Das geschieht sehr schnell und ein großer Teil der ursprünglichen Rotationsenergie wird der Schockwelle der Supernova zusätzlich hinzugefügt. Bereits nach rund 10 Sekunden ist die Rotationszeit des Sterns länger als die Konvektionszeit, und der Dynamo "schaltet" ab. Inzwischen hat sich der Stern schon etwas "abgekühlt", die Konvektion stoppt und es kristallisiert eine Kruste an der Oberfläche. Ein erheblicher Teil des Magnetfeldes (bis zu 1010 [T]) wird nun quasi in die Kristallstruktur der Kruste eingefroren und bleibt so erhalten. </p><p></p><p>Magnetare sind sicherlich die stärksten Magnete im gesamten Kosmos. Wie auch schon bei den Pulsaren erwähnt, bremst ein solches Magnetfeld die Rotation. Bei den Magnetaren ist es so stark, dass die Rotation um den Faktor 10 000 stärker abgebremst wird als bei üblichen Neutronensternen.</p><p></p><p>MagnetarDiese Animation veranschaulicht den plötzlichen Ausbruch von Gammastrahlung auf einem Magnetar. Das extreme Magnetfeld erzeugt gewaltige Spannungen in der Kruste des Neutronensterns, die sich in Sternbeben entladen. Durch diesen Vorgang wird ein Gammastrahlenflash ausgelöst. </p><p></p><p>Das Magnetfeld zeigt darüber hinaus auch noch andere Wirkungen. Es durchwalkt und verformt die Kruste, in dessen Folge sich ungeheure Spannungen aufbauen, welche sich dann in Analogie zu Erdbeben in Sternbeben entladen. Die Kruste kann dabei sogar aufreißen, und durch diese Vorgänge werden äußerst energiereiche Gamma- oder Röntgenblitze (Flash) ausgesandt. Man nennt solche Pulsare daher auch Soft Gamma-ray Repeater (SGR), weil sie im Gegensatz zu den Gamma- Bursts immer wieder von derselben Quelle empfangen werden. Die Ausbrüche harter Gamma- bzw. Röntgenstrahlung dauern nur einige Sekunden, hierbei wird aber soviel Energie freigesetzt, wie die Sonne in einem ganzen Jahr emittiert. Darauf hin folgt eine ruhige Phase des Magnetars von Monaten oder Jahren.</p><p></p><p>Man nimmt an, dass ein Magnetar in den ersten 10 000 Jahren seiner Existenz als Gammapulsar auftritt, danach dann noch vielleicht 30 000 Jahre im Röntgenbereich seine Impulse aussendet. Die Rotation verlangsamt sich immer mehr, das Magnetfeld wird stetig schwächer, der Neutronenstern erkaltet und zurück bleibt ein dunkler, supermassiver Ascheklumpen. Berechnungen zufolge könnten allein in unserer Galaxie zwischen 1 und 100 Millionen solcher "Sternleichen" umhergeistern, die allerdings noch längst nicht völlig abgekühlt sein werden. Dennoch sollten raumfahrende Intelligenzen vor solchen Schwerkraftmonstern auf der Hut sein..</p><p></p><p><span style="color: red">Krümmungen:</span></p><p></p><p>Zu Beginn unserer Reise zu den wohl skurrilsten Objekten im Universum sollten wir uns ein wenig mit Krümmungen vertraut machen. Sie werden nämlich noch eine bedeutende Rolle spielen.</p></blockquote><p></p>
[QUOTE="H2SO4, post: 91589, member: 2506"] * Bisher wurden Pulse mit Periodenlängen von etwa 0.0008 bis herauf zu max. 4.3 Sekunden gefunden. * Die Pulse wiederholen sich mit außerordentlicher Regelmäßigkeit * Die Dauer des Impulses beträgt rund 1/30 der Periodenlänge * Die Periodendauer wird im Laufe der Zeit größer Anzumerken ist hier noch, dass die Stärke der Impulse starken Schwankungen unterworfen sein kann. Wie kann man nun diese Pulse interpretieren? Schon allein aus der Kürze der Perioden lässt sich folgern, dass es sich hier nicht um Doppelsternsysteme (Bedeckungsveränderliche) handeln kann, da auch in sehr engen Systemen die Umlaufzeiten mindestens im Stundenbereich liegen. Auch die Rotation eines "normalen" Sterns liegt im Stundenbereich, ebenso wie die Pulsation (zeitlich begrenzte Ausdehnung mit anschließender Kontraktion der Sternhülle). Nach dem Ausklammern all dieser Möglichkeiten dynamischer Prozesse bleibt als Schlussfolgerung noch die schnelle Rotation eines Körpers. Und damit lag man nun genau richtig, so schnell rotieren können nur Neutronensterne und es stellte sich bald heraus, dass diese Annahme zutraf. Pulsar in binärem SystemKünstlerische Darstellung eines Millisekunden- Pulsars. Dieser befindet sich in einem binären System und ist umgeben von einer Akkretionsscheibe, deren Material er ständig von seinem Begleiter, einem Roten Riesen, absaugt. Durch die auftreffende Materie wird der Neutronenstern immer schneller, weil er den zusätzlichen Drehimpuls der Materie erhält. So wie in dieser Darstellung sieht wahrscheinlich das System SAX J1808.4-3658 aus, eine starke, gepulste Röntgenquelle im Sternbild Sagittarius (Schütze). Was aber muss passieren, damit ein Stern (um den es sich ja hier zweifelsfrei handelt) so schnell rotiert? Im Kapitel über Neutronensterne wurde dies bereits angedeutet. Beim Gravitationskollaps eines Sterns zum Neutronenstern verringert sich dessen Radius um den Faktor 100 000 (105). Der Drehimpuls eines Körpers berechnet sich aus dem Quadrat des Radius, multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit. Zur Erhaltung des Drehimpulses muss demzufolge die Winkelgeschwindigkeit um den Faktor 1010 zunehmen! Hierin liegt das Rätsel der schnellen Rotation begründet. Der ehemalige Stern, der für eine Umdrehung Tage oder Stunden brauchte, rotiert jetzt in Sekundenbruchteilen. In der selben Größenordnung wie die Rotationsgeschwindigkeit nimmt auch das Magnetfeld des Neutronensterns zu, welches dann im Bereich von Milliarden Tesla liegt. Nun haben wir die notwendigen Voraussetzungen, um eine Erklärung für die Funkimpulse der Neutronensterne zu finden. Das gigantische Magnetfeld des Pulsars ist meist gegen seine Rotationsachse geneigt. Es erzeugt in der Umgebung des Körpers ein elektrisches Feld, welches mit Spannungen von Billiarden Volt (!) als ultrastarker Teilchenbeschleuniger fungiert. Auf der Oberfläche des Neutronensterns sind noch Protonen und Elektronen vorhanden, und diese werden jetzt entlang der Feldlinien des Magnetfeldes beschleunigt, in Richtung der Polregionen. Die Beschleunigung ist so groß, dass die Teilchen annähernd Lichtgeschwindigkeit erreichen. Ihre kinetische Energie steigt dabei derartig an, dass sie in einem schmalen Kegel zu den Polkappen hin so genannte Synchrotronstrahlung emittieren. Dieser, einem Leuchtfeuer vergleichbare Kegel, rotiert mit der Rotationsgeschwindigkeit des Neutronensterns. Die ultraschnellen Teilchen erhalten einen Energieinhalt, der ihrem Energie- Masse- Äquivalent (E = mc2) millionenfach überlegen ist. Man geht auch neuerdings davon aus, dass die Teilchen nicht nur von der Sternoberfläche stammen, sondern es sich dabei ebenso um Elektronen oder Positronen handeln kann, die spontan als virtuelle Teilchenpaare aus dem Quantenvakuum in der Umgebung des Neutronensterns entstehen können. Immer dann, wenn der erzeugte Strahl wie ein Blitz die Erde streift, registrieren wir einen Impuls dieser Synchrotronstrahlung. Ist die Achse des Pulsars so geneigt, dass der Strahlenkegel nicht in Richtung Erde zeigt, können wir diesen Stern auch nicht als Pulsar identifizieren. Wirkungsweise eines PulsarsDie vom Neutronenstern abgestrahlten, enormen Energiemengen müssen nun auch irgendeine Wirkung hinterlassen. Das ist auch der Fall, denn die Energie wird aus der Rotationsenergie des Pulsars bezogen, daher nimmt die Rotationsgeschwindigkeit ständig ab. Das heißt, die Periodenlänge der Pulse wird immer größer. Irgendwann muss dann logischerweise die Rotation zum Stillstand kommen. Ebenso wird sich in fernster Zukunft das Magnetfeld verlieren, denn es wird durch eine Art Dynamoeffekt im Innern des Neutronensterns aufgrund seiner Rotation generiert. Jetzt lassen sich noch weitere Schlussfolgerungen ziehen: Sehr schnell rotierende Neutronensterne, also mit kurzer Periodendauer, sind noch jung, pulsieren sie bereits im Sekundenbereich, so werden sie ihr Leuchtfeuer bald einstellen. Man kann berechnen, dass nach etwa 10 Millionen Jahren die Rotation eines Neutronensterns so langsam geworden ist, dass er nicht mehr als Pulsar in Erscheinung tritt. Merkwürdig dabei ist, dass bis heute noch kein Pulsar entdeckt wurde, der eine kürzere Periodendauer als 8 Tausendstel Sekunden aufweist. Das aber sollte gerade bei jungen Pulsaren möglich sein, die feste Oberfläche des Sternkörpers würde es jedenfalls zulassen. Eine Erklärung liegt möglicherweise darin, dass Vibrationen des Neutronengases (so genannte r-Moden) durch Gravitationswellen verstärkt werden, wodurch ein zusätzlicher Bremseffekt entsteht. Hierdurch wird die anfängliche hohe Rotationsgeschwindigkeit unmittelbar nach dem Kollaps bereits wieder verlangsamt. Wissenschaftler hoffen heute, diese Gravitationswellen bald nachweisen zu können. Nun gibt es aber Pulsare, welche ihre Periodendauer (im Millisekundenbereich) nicht oder nur kaum verändern, und man hat einige Anzeichen dafür ermittelt, dass es sich um alte Sterne handeln muss. Man vermutet hier die Entstehung des Neutronensterns in einem Doppelsternsystem, was recht häufig vorkommt. Der Neutronenstern akkretiert Materie von seinem Begleiter und nimmt dabei den Drehimpuls dieser Materie auf. Sie sammelt sich zunächst in einer den Neutronenstern umgebenden, rotierenden Akkretionsscheibe, um erst dann auf die Sternoberfläche nieder zu gehen. Somit stammt der zusätzliche Drehimpuls aus der Akkretionsscheibe. Es gibt aber noch eine Ungereimtheit zu klären: Bei diesen Pulsaren sollte man, da sie Teil eines Sternsystems sind, auch eine Bahnbewegung finden. Das ist aber manchmal leider nicht der Fall. Hier bleibt nur die Vermutung, dass der andauernde Beschuss des Begleitsterns mit den mehr als hochenergetischen Teilchen ihn regelrecht verdampft hat. Der Krabben- Nebel M1 im Stier Der Krabben- Nebel M1 im Sternbild Stier in 7000 Lichtjahren Entfernung. Einer der schönsten Anblicke am Himmel entstand durch eine Supernova im Jahre 1054. Heute hat der Nebel eine Ausdehnung von 10 Lichtjahren, in seinem Zentrum befindet sich ein pulsar. Man kann die Pulslänge der emittierten Strahlung sehr genau bestimmen. Und wir wissen nun, dass sie eigentlich im Laufe der Zeit durch Abbremsung der Rotation größer werden wird. Manchmal werden die Pulse jedoch um einen kleinen Betrag beschleunigt, als wenn jemand dem Stern einen Tritt, einen zusätzlichen Impuls versetzt. Diese "Ausrutscher", Glitches genannt, haben aber eine natürliche Ursache: Der rotierende Stern wird durch Trägheitskräfte etwas abgeflacht (wie beispielsweise die Erde auch), wodurch an seinem Äquator ein Wulst entsteht. Wenn die Rotation sich nun verlangsamt, versucht sich diese Wulst zu verringern. Es bauen sich dabei Spannungen in der festen Kruste des Neutronensterns auf, und irgendwann werden die Kräfte so groß, dass die Kruste zerspringt. Dies verleiht dem Stern den zusätzlichen Drehimpuls. Es gibt allerdings noch eine andere Ursache für die Glitches. Die feste Kruste des Neutronensterns gleitet auf dem flüssigen Kern. Die Verlangsamung der Rotation wirkt sich zuerst auf die Kruste auf, und es entstehen nun unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten zwischen Kruste und Kern. Die Abbremsung wird durch Reibung nach innen weitergegeben, allerdings nicht gleichmäßig sondern ruckartig. Es baut sich so eine starke Reibungskraft auf, die plötzlich nach innen freigelassen wird, hierdurch erhält die Kruste quasi den Tritt. Durch die umfangreiche Untersuchung dieser Glitches konnten die Wissenschaftler viele theoretische Vorhersagen bezüglich des Aufbaus von Neutronensternen bestätigen. Pulsar CTA 1Im Sternbild Cepheus hat das Fermi Gamma- ray Space Telescope, ursprünglich mit Namen GLAST, den ersten Pulsar entdeckt, der ausschließlich im Gammabereich "funkt". Im genannten zirkumpolaren Sternbild findet sich der Überrest (remnant) einer Supernova, die vor 10 000 Jahren explodierte. Der als CTA 1 bezeichnete Gasnebel ist 4600 Lichtjahre von der Erde entfernt. Fermi hat mit dieser Entdeckung eine ganz neue Klasse von Pulsaren eröffnet. Bis heute sind etwa 1800 Pulsare gefunden worden, die meisten von ihnen strahlen im Radiobereich und weisen ein Alter von 1 Million Jahren auf. Die neue Klasse beinhaltet zwar nur 10 Objekte, deren Strahlungsemission jedoch im Hochenergiebereich angesiedelt ist - und es sind junge Neutronensterne. So ist dann auch die Strahlungsleistung des neuen Gamma- Pulsars gleich um den Faktor 1000 stärker als die Leuchtkraft der Sonne. Alle 316,86 Millisekunden wird die Erde von ihm mit einen Gammablitz bedacht, er rotiert also rund 3 Mal in einer Sekunde um seine Achse. Die Gammastrahlen werden erzeugt, weil dort geladene Teilchen entlang der Magnetfeldlinien bis fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Weil die Strahlung durch die Rotation genährt wird, zerrt das an der Rotationsenergie. Hierdurch wird die Rotationsgeschwindigkeit dieses Pulsars alle 87 000 Jahre um 1 Sekunde verlangsamt. Im Sternbild Cepheus finden wir übrigens einen interessanten Stern, ´ Cep, der gleich einer ganzen Klasse von Sternen ihren Namen gibt: den Cepheiden. Bei diesen veränderlichen Sternen stehen Periode und Leuchtkraft in einer sehr festen Beziehung, weshalb sie als so genannte Standardkerze zur Entfernungsbestimmung dienen. Magnetare sind, ähnlich wie die Pulsare, eine besondere Klasse von Neutronensternen. Wie wir in den vorhergehenden Kapiteln gesehen haben, entstehen Neutronensterne, wenn massereiche Sterne (mehr als ca. 8 Sonnenmassen) an ihrem Lebensende im gigantischen Blitz einer Supernova- Explosion vergehen. Im Innern des Sterns hat sich eine kosmische Katastrophe zugetragen, als das Zentrum zu einem Neutronenstern kollabierte. Übrig bleibt vom einstigen Giganten mit einem Durchmesser im Bereich von Millionen Kilometern eine superkompakte Kugel von 10- 30 [Km] und eine ins All geschleuderte Wolke aus Gas und Staub. Diese Kugel behält allerdings noch einige Eigenschaften des ursprünglichen Sterns. So weist sie beispielsweise noch denselben Drehimpuls auf, weshalb Neutronensterne mit bis zu 1000 Umdrehungen pro Sekunde rotieren. Ist der Neutronenstern gerade gebildet, findet auch in ihm Konvektion statt. Das bedeutet, dass Zellen heißer Neutronenflüssigkeit aufwärts steigen, sich an der Oberfläche abkühlen und wieder absinken. Das alles geschieht sehr schnell: Die Konvektion findet im Millisekundenbereich statt, wobei eine einzelne Konvektionszelle kleiner als 1 [Km] ist. Rotiert der Neutronenstern ebenfalls im Millisekundenbereich, so entsteht vorübergehend ein ultrastarker Dynamo, der ein wahrhaft gigantisches Magnetfeld erzeugt: Die magnetische Flussdichte kann bis zu 1011 [T] ([T] = Tesla) betragen (im Vergleich: das Magnetfeld der Erde weist je nach Lage 0,30 × 10-4 [T] bis 0,70 × 10-4 [T] auf). Es ist ein Magnetar entstanden. Aufbau eines MagnetarsSo stellt sich nach heutigem Wissensstand der Aufbau eines Magnetars dar. Unter einer sehr dünnen Schicht aus heißem Eisenplasma befindet sich eine feste Kruste in kristalliner Form. In dieser Kruste entladen sich manchmal aufgebaute Spannungen als Sternbeben. Darunter befindet sich supraflüssige und supraleitende Neutronenflüssigkeit, den Kern stellt man sich als einen festen Block vor, der vielleicht aus Quarks bestehen könnte. Dies bleibt allerdings vorerst reine Spekulation, da wir solche extremen Bedingungen in keinem Labor simulieren können. Um sich eine Vorstellung von der Stärke eines solchen Magnetfeldes machen zu können, besuchen wir in Gedanken einen Magnetar: Bereits aus einer Entfernung von 200 000 [Km] wird er unsere Kreditkarten löschen und uns die Münzen aus der Geldbörse ziehen. Der Verlust unserer Zahlungsmittel wäre dann aber bei weiterer Annäherung unsere geringste Sorge! Solch ein Magnetfeld ist für jeden Organismus absolut tödlich, da es direkt die Atome und Moleküle beeinflusst. Wir sollten also lieber auf respektvoller Distanz bleiben. Unsere Körper würden zudem vom Gezeiteneffekt der übermächtigen Gravitation in die Länge gezogen wie Bandnudeln. Den Rest würde uns dann noch die extreme Gamma- bzw. Röntgenstrahlung besorgen. Doch auch aus einem anderen Grund sollten wir von unserem Besuch Abstand nehmen, denn es gäbe nicht viel für uns zu sehen: Die größten Gebirge der Erde wären auf einem Neutronenstern auf die Größe einer Ameise zusammengequetscht. Die ungeheure Gravitation eines Neutronensterns lässt keine Erhebungen zu. Das enorme Magnetfeld hat auf den jungen Neutronenstern einen bedeutenden Einfluss, denn es bremst seine Rotation. Das geschieht sehr schnell und ein großer Teil der ursprünglichen Rotationsenergie wird der Schockwelle der Supernova zusätzlich hinzugefügt. Bereits nach rund 10 Sekunden ist die Rotationszeit des Sterns länger als die Konvektionszeit, und der Dynamo "schaltet" ab. Inzwischen hat sich der Stern schon etwas "abgekühlt", die Konvektion stoppt und es kristallisiert eine Kruste an der Oberfläche. Ein erheblicher Teil des Magnetfeldes (bis zu 1010 [T]) wird nun quasi in die Kristallstruktur der Kruste eingefroren und bleibt so erhalten. Magnetare sind sicherlich die stärksten Magnete im gesamten Kosmos. Wie auch schon bei den Pulsaren erwähnt, bremst ein solches Magnetfeld die Rotation. Bei den Magnetaren ist es so stark, dass die Rotation um den Faktor 10 000 stärker abgebremst wird als bei üblichen Neutronensternen. MagnetarDiese Animation veranschaulicht den plötzlichen Ausbruch von Gammastrahlung auf einem Magnetar. Das extreme Magnetfeld erzeugt gewaltige Spannungen in der Kruste des Neutronensterns, die sich in Sternbeben entladen. Durch diesen Vorgang wird ein Gammastrahlenflash ausgelöst. Das Magnetfeld zeigt darüber hinaus auch noch andere Wirkungen. Es durchwalkt und verformt die Kruste, in dessen Folge sich ungeheure Spannungen aufbauen, welche sich dann in Analogie zu Erdbeben in Sternbeben entladen. Die Kruste kann dabei sogar aufreißen, und durch diese Vorgänge werden äußerst energiereiche Gamma- oder Röntgenblitze (Flash) ausgesandt. Man nennt solche Pulsare daher auch Soft Gamma-ray Repeater (SGR), weil sie im Gegensatz zu den Gamma- Bursts immer wieder von derselben Quelle empfangen werden. Die Ausbrüche harter Gamma- bzw. Röntgenstrahlung dauern nur einige Sekunden, hierbei wird aber soviel Energie freigesetzt, wie die Sonne in einem ganzen Jahr emittiert. Darauf hin folgt eine ruhige Phase des Magnetars von Monaten oder Jahren. Man nimmt an, dass ein Magnetar in den ersten 10 000 Jahren seiner Existenz als Gammapulsar auftritt, danach dann noch vielleicht 30 000 Jahre im Röntgenbereich seine Impulse aussendet. Die Rotation verlangsamt sich immer mehr, das Magnetfeld wird stetig schwächer, der Neutronenstern erkaltet und zurück bleibt ein dunkler, supermassiver Ascheklumpen. Berechnungen zufolge könnten allein in unserer Galaxie zwischen 1 und 100 Millionen solcher "Sternleichen" umhergeistern, die allerdings noch längst nicht völlig abgekühlt sein werden. Dennoch sollten raumfahrende Intelligenzen vor solchen Schwerkraftmonstern auf der Hut sein.. [COLOR=red]Krümmungen:[/COLOR] Zu Beginn unserer Reise zu den wohl skurrilsten Objekten im Universum sollten wir uns ein wenig mit Krümmungen vertraut machen. Sie werden nämlich noch eine bedeutende Rolle spielen. [/QUOTE]
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