Mir gefällt sehr, was Pulsar gesagt hat: „Sie wollen mich nicht einmal einen Leuchtturm nennen.“

Bekannte

Schwarze Löcher sind keine Löcher, sondern kollabierte Sterne

Sehr zufällig

Pulsare sind auch Sterne

Passt auf

Kommen wir zum ernsten Thema

Im weiten Universum existiert ein mysteriöser und faszinierender Himmelskörper: der Pulsar. Mit ihrem einzigartigen Rotationsmodus und der regelmäßigen Abgabe elektromagnetischer Impulse sind sie für Astronomen zu wichtigen Werkzeugen bei der Erforschung des Universums geworden.

Künstlerische Darstellung eines Pulsars. Bildquelle: NASA

Kürzlich tauchten Pulsare in der Physikprüfung für die Aufnahmeprüfung der Pekinger Oberschule 2024 auf, was bei Lehrern und Schülern großes Interesse an diesem kosmischen Wunder weckte. Lassen Sie uns gemeinsam in die Welt der Pulsare eintauchen und ihre Geheimnisse erforschen.

Die Entdeckung der Pulsare geht auf das Jahr 1967 zurück, als die Astronomen Jocelyn Bell und Anthony Hewish im Rahmen eines radioastronomischen Beobachtungsprojekts an der Universität Cambridge erstmals eine ungewöhnliche Quelle von Radiopulsen entdeckten. Nach weiteren Untersuchungen stellten sie fest, dass dieses Pulssignal von einem sehr schnell rotierenden Himmelskörper stammte, der später als Pulsar bezeichnet wurde.

Geboren aus einem kosmischen „Feuerwerk“

Pulsare sind rotierende Neutronensterne.

Bildquelle: Xinhuanet

Wie entstehen also Neutronensterne? Warum wird ein Pulsar Pulsar genannt?

Wenn einem Stern mit einer Masse von mehr als dem Achtfachen der Sonnenmasse sein Kernbrennstoff ausgeht, kollabiert seine Materie nach innen und es kommt zu einer gewaltigen Explosion. Bei der Explosion wird die äußere Schicht des Sterns in den Weltraum geschleudert, während der Kern zu einem extrem dichten Himmelskörper – einem Neutronenstern – kollabieren kann.

Wenn sich ein Neutronenstern mit extrem hoher Geschwindigkeit dreht, erzeugt sein starkes Magnetfeld ein starkes elektrisches Feld an den Magnetpolen, was wiederum die Emission von Radiowellen, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen usw. anregt. Diese Strahlung wird in Form von Impulsen von den Magnetpolen abgestrahlt und bildet die Impulssignale, die wir beobachten ; daher der Name Pulsar.

Radioimpulse von Pulsaren fegen an der Erde vorbei. Produziert von Michael Kramer

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Pulsar-Superkräfte

Regelmäßiges Pulssignal

Der Grund, warum Pulsare regelmäßige Pulssignale aussenden können, hängt eng mit ihrer Rotation und der Struktur ihrer Magnetosphäre zusammen.

Die meisten Pulsare haben extrem starke Magnetfelder, die Millionen bis Milliarden Mal stärker sein können als das Magnetfeld der Erde. Wenn sich ein Pulsar dreht, ist sein Magnetfeld asymmetrisch zu seiner Rotationsachse, was dazu führt, dass kontinuierlich Radiowellenstrahlen aus der magnetischen Polarregion ausgestrahlt werden. Aus der Perspektive der Beobachtung von der Erde aus entsteht ein regelmäßiges Pulssignal.

Die Rotationsperiode von Pulsaren ist normalerweise sehr präzise und stabil, manche können sogar einige Millisekunden erreichen, und diese Rotationsperiode ändert sich kaum signifikant. Manche Pulsare verlangsamen sich nur um eine Sekunde alle Billion Jahre, während die genaueste Uhr, die der Menschheit derzeit zur Verfügung steht, alle 15 Milliarden Jahre um eine Sekunde langsamer wird. Daher können Astronomen die Signale von Pulsaren für sehr genaue Zeitmessungen und Himmelsnavigation nutzen. Pulsare werden auch „kosmische Leuchttürme“ und „astronomische Uhren“ genannt.

Extreme physikalische Bedingungen

Pulsare sind einer der dichtesten bekannten Himmelskörper im Universum . Diese extrem hohe Dichte ist darauf zurückzuführen, dass die Materie in ihrem Inneren fast vollständig aus Neutronen besteht und ihr Kern aus Neutronen und einer bestimmten Menge an Protonen und Elektronen besteht. Sie werden unter extrem hohem Druck und hohen Temperaturen zusammengepresst, wodurch ein extremer Materiezustand entsteht.

In diesem Zustand hoher Dichte ist die physikalische Größe eines Pulsars normalerweise sehr klein, mit einem Durchmesser zwischen 10 und 20 km , also sogar kleiner als bei manchen Asteroiden.

Die Größe des Pulsars ist vergleichbar mit den „Vier Ringen“ in der Innenstadt von Peking

Ein Kubikzentimeter Pulsarmaterie kann Hunderte Millionen Tonnen wiegen. Die Masse von Pulsaren beträgt typischerweise das 1,4- bis 2-fache der Sonnenmasse. Obwohl diese Masse im Vergleich zu einem Stern nicht groß ist, verleiht ihnen ihre hohe Dichte ein extremes Gravitationsfeld, das in keinem Verhältnis zu ihrer Masse steht und fast dem Milliardenfachen der Schwerkraft auf der Erdoberfläche entspricht.

Pulsare haben relativ hohe Temperaturen, die typischerweise zwischen Hunderttausenden und Millionen Grad Celsius liegen. Diese Temperaturen entstehen hauptsächlich durch die Hitze, die bei der Entstehung des Pulsars entsteht, und durch die Restwärme seiner eigenen internen Kernreaktionen und Energiefreisetzung. Trotz ihrer potenziell hohen Oberflächentemperaturen kühlen Pulsare sehr langsam ab, da die Wärme an ihrer Oberfläche hauptsächlich durch Strahlung abgegeben wird und eine große Wärmemenge im Inneren verbleibt.

Schauen Sie in einer klaren Nacht zu den Sternen hinauf

Erraten

Welche der Sterne, die wir sehen, sind Pulsare?

Herzlichen Glückwunsch, Sie haben die richtige Antwort. Keiner.

Wie beobachtet man Pulsare?

Pulsare werden normalerweise im Radioband beobachtet, da die von ihnen ausgesendeten Pulssignale hauptsächlich im Radiofrequenzbereich konzentriert sind.

Derzeit werden die meisten Pulsarerkennungen mit Radioteleskopen durchgeführt. Radioteleskope beobachten die Pulsstrahlung von Pulsaren, indem sie Radiosignale von der Erde oder aus dem Weltraum empfangen. Da diese Strahlungen oft sehr schwach sind, müssen Radioteleskope über eine hohe Empfindlichkeit und eine breite Frequenzabdeckung verfügen.

FAST ist das weltweit größte Radioteleskop mit einer Einzelapertur, einer Apertur von 500 Metern und einem Empfangsbereich, der der Größe von 30 Standard-Fußballfeldern entspricht. Es ist derzeit das empfindlichste Radioteleskop der Welt. Seit seiner Fertigstellung und Inbetriebnahme im Jahr 2016 hat FAST mehr als 900 neue Pulsare entdeckt, darunter mehr als 120 Doppelpulsare, mehr als 170 Millisekundenpulsare und 80 schwache sporadische Pulsare.

In seiner allgemeinen Relativitätstheorie sagte Einstein voraus, dass die Bewegung supermassereicher Himmelskörper die Raumzeit stören und Gravitationswellen erzeugen würde. Gravitationswellen verändern die Zeit, die Pulsarsignale benötigen, um die Erde zu erreichen. Ein chinesisches Forschungsteam analysierte die relevanten Daten von 57 von FAST beobachteten Pulsaren und konnte erfolgreich Gravitationswellen nachweisen, wodurch die Vorhersagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bestätigt wurden.

Ich bin überzeugt, dass FAST in Zukunft mit der weiteren Modernisierung und Verbesserung eine wichtigere Rolle bei der Pulsarbeobachtung und anderen astronomischen Forschungsarbeiten spielen wird.

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