Ein mysteriöses Signal, das seit 35 Jahren anhält. Wer sendet die unbekannten Impulse?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Shu Bo (populärwissenschaftlicher Autor)

Hersteller: China Science Expo

Bei einer Herzuntersuchung wird jeder Herzschlag zu einer ähnlich geformten unterbrochenen Linie im Elektrokardiogramm, das die elektrischen Impulssignale aufzeichnet, die der menschliche Körper während des Herzschlags aussendet. Tatsächlich gibt es Hülsenfrüchte überall auf der Welt. Es handelt sich dabei um einen physikalischen Vorgang, bei dem zunächst ein kurzes und starkes Signal auftritt und dann schnell wieder abklingt .

In unserem Körper gibt es elektrische Impulse. Sie werden durch den elektrischen Strom zwischen bestimmten Zellen erzeugt. Beim Auftreten elektrophysiologischer Aktivitäten wie Gehirnströmen und Elektrokardiogrammen werden kontinuierlich entsprechende Pulssignale ausgesendet. Ihre Informationen können mit professionellen Instrumenten erfasst und aufgezeichnet werden. Außerhalb unseres täglichen Lebens führen verschiedene Himmelskörper im Universum verschiedene elektromagnetische Wechselwirkungen durch, senden kontinuierlich Impulssignale an die Außenwelt aus und enthüllen vor Radioteleskopen ihre wahre Identität.

Das bekannteste Radiopulsobjekt ist zweifellos der Pulsar , da er wie eine Uhr immer in regelmäßigen Abständen extrem schnelle Pulssignale aussenden kann, wobei der schnellste Puls alle paar Millisekunden ein Signal aussenden kann. Kürzlich entdeckten Astronomen eine unbekannte Pulsquelle, die seit 35 Jahren besteht. Es blitzt wie ein Pulsar, aber die Frequenz der Impulse ist hunderte oder tausende Male langsamer.

Ein Elektrokardiogramm, das einen Puls aufzeichnet (Bildquelle: Pixabay)

Puls: Von einem schnell rotierenden Neutronenstern erfasst

Bevor wir die nicht identifizierten Pulse besprechen, lassen Sie uns einen Blick auf die Geschichte der Entdeckung der Pulsare werfen.

Im Jahr 1967 bemerkte Jocelyn Bell, eine Doktorandin an der Universität Cambridge, bei der Analyse von Daten eines Radioteleskops eine mysteriöse Radioquelle. Es sendete alle 1,337 Sekunden Impulssignale mit äußerst präzisen Intervallen aus . Astronomen fragen sich unweigerlich, was in aller Welt derart präzise Impulssignale senden könnte. Könnte es sich um eine Sendung einer außerirdischen Zivilisation handeln?

In den Science-Fiction-Werken der Zeit erregten die kleinen grünen Außerirdischen, die UFOs zur Erde steuerten, große Aufmerksamkeit. Bell und sein Mentor Hewish nannten diese Radioquelle auch halb zweifelnd „LGM-1“, was „Little Green Man 1“ bedeutet. Doch einige Monate später entdeckte Bell eine zweite Radioquelle, die Impulse aussendete. Dies zeigt, dass die mysteriösen Impulse nicht von Außerirdischen verursacht wurden, da die von verschiedenen außerirdischen Zivilisationen auf verschiedenen Planeten ausgesendeten Signale nicht alle das gleiche Muster aufweisen sollten. Dabei dürfte es sich um das Werk eines unbekannten Himmelskörpers handeln.

Josephine Bell (Bildquelle: Wikipedia)

Die Astronomen erinnerten sich an die Vorhersage von Baade und Zwicky aus dem Jahr 1934: Wenn ein massereicher Stern ausbrennt, wird er durch seine eigene Schwerkraft zu einem dichten Himmelskörper aus Neutronen komprimiert – einem Neutronenstern . Der Durchmesser eines Neutronensterns beträgt nur etwa 20 Kilometer. Obwohl er nur so groß wie eine Stadt ist, wiegt jeder Kubikzentimeter Materie auf ihm Hunderte Millionen Tonnen.

Aufgrund der enormen kinetischen Energie, die in einem so kleinen Körper konzentriert ist, kann sich ein Neutronenstern mit hoher Geschwindigkeit drehen und sich alle paar Sekunden einmal um die eigene Achse drehen. Neutronensterne sind außerdem von starken Magnetfeldern umgeben und Teilchen senden intensive Strahlungsstrahlen vom magnetischen Nord- und Südpol aus. Darüber hinaus fallen die magnetische Achse und die Rotationsachse eines Neutronensterns nicht wirklich zusammen , sodass der Strahl der Strahlung über den Himmel wandert, während sich der Neutronenstern dreht. Solange der Winkel stimmt, wird der Strahl bei jeder Rotation des Neutronensterns einmal über die Erde streichen und das Teleskop wird einen blinkenden Impuls erkennen. Dies ist das Prinzip, nach dem sich ein Neutronenstern in einen Pulsar verwandelt.

Die gängige Theorie geht davon aus, dass es sich bei den sichtbaren Pulsen um Strahlungsbündel handelt, die in Richtung der magnetischen Achse des Neutronensterns austreten (Bildquelle: Planetarium Peking).

Was ist die Quelle des mysteriösen Pulssignals?

Das theoretische Modell der Pulsare scheint perfekt, aber es gibt keine perfekte wissenschaftliche Theorie auf der Welt und einige neue Entdeckungen stellen unser Erkenntnisvermögen in Frage.

Im Juli 2023 berichtete die Zeitschrift Nature über eine seltsame Neuentdeckung: einen seltsamen „Magnetar“ mit der Nummer GPM J1839-10. Dieser Himmelskörper befindet sich 15.000 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Schwan und sendet wie ein Pulsar in regelmäßigen Abständen Pulssignale aus. Im Vergleich zu Pulsaren mit sekundenschnellen Pulsationen beträgt die Pulsfrequenz dieses Himmelskörpers jedoch nur 22 Minuten und das ausgesendete Signal hält jedes Mal 5 Minuten an .

Nach einer Untersuchung der Archive stellten die Forscher fest, dass das Pulssignal des Himmelskörpers bereits 1988 aufgezeichnet wurde und seit mehr als 30 Jahren anhält, jedoch erst vor Kurzem von Wissenschaftlern ernsthaft untersucht wurde.

Was genau ist dieser Himmelskörper?

Die erste Vermutung ist, dass es sich um einen Neutronenstern mit einer rekordverdächtig langsamen Rotation handelt. Denn während ein Neutronenstern über einen langen Zeitraum rotiert, geht seine Energie allmählich verloren , was dazu führt, dass er immer langsamer rotiert. Mit abnehmender Energie wird jedoch auch der vom Magnetfeld des Neutronensterns erzeugte Strahlungsstrahl allmählich schwächer. Berechnungen zufolge ist ein Neutronenstern, der sich alle 22 Minuten einmal um die eigene Achse dreht, bereits zu alt, um Pulse auszusenden, daher dürfte es sich bei GPM J1839-10 nicht um einen alten Neutronenstern handeln .

Neutronensterne können sogar Impulse von weniger als einer Sekunde aussenden (Bildnachweis: Australian National Telescope Agency)

Astronomen dachten über eine zweite Möglichkeit nach: Magnetare . Magnetare sind seltene Neutronensterne mit tausendmal stärkeren magnetischen Eigenschaften als gewöhnliche Neutronensterne . Bisher wurden nur mehr als 20 davon entdeckt. Magnetare rotieren relativ langsam und benötigen für eine Umdrehung mehrere Sekunden. Die Umgebung auf ihnen ist nicht sehr stabil und sie explodieren häufig, wobei starke Röntgenstrahlen und Radioimpulse erzeugt werden. Wenn Röntgenstrahlen um GPM J1839-10 herum gefunden werden, würde das nicht bedeuten, dass es sich um einen Magnetar handelt, der besonders langsam rotiert? Enttäuschenderweise wurden in der Umgebung jedoch keinerlei Spuren hochenergetischer Strahlung gefunden.

Schematische Darstellung eines Magnetars (Bildquelle: Offizielle Website des Magazins „Astronomy“)

Könnte es sein, dass GPM J1839-10 kein Neutronenstern, sondern ein anderer Himmelskörper ist?

Das Rätsel bleibt weiterhin bestehen: Weiße Zwerge oder ein ungelöstes Rätsel?

Die dritte Hypothese ist sehr gewagt: Bei dem mysteriösen Himmelskörper könnte es sich um einen Weißen Zwerg handeln .

Ein Weißer Zwerg ist ein dichter Himmelskörper, der nach dem Erlöschen eines kleineren Sterns entsteht . Sein Durchmesser ist hundertmal größer als der eines Neutronensterns und entspricht etwa der Größe der Erde. Sie fragen sich vielleicht: Sind nicht alle Pulsare Neutronensterne? Können Weiße Zwerge auch Pulssignale aussenden?

Das ist richtig, Menschen haben tatsächlich zwei als Pulsare getarnte Weiße Zwerge entdeckt: AR Scorpii , entdeckt im Jahr 2016, sendet alle 1,97 Minuten einen Puls aus; und J1912-4410 , entdeckt im Jahr 2023, sendet alle 5 Minuten einen Impuls aus.

AR Scorpius (Bildquelle: Wikipedia)

Beide Weißen Zwerge bilden mit dem daneben liegenden Roten Zwerg einen Doppelstern , der alle paar Minuten umeinander rotiert. Aus dem Magnetfeld des Weißen Zwergs fliegen mit hoher Geschwindigkeit Teilchen heraus, die in Richtung des benachbarten Roten Zwergs geschleudert werden und dort einen starken Puls erzeugen. Solche Weißen Zwerge erzeugen nur alle paar Minuten einen Puls , eine Frequenz, die im Vergleich zur Frequenz zweiter Ordnung von Neutronensternen sehr nahe bei 22 Minuten liegt. Sind sie also die Quelle der mysteriösen Impulse?

Leider entsprechen die Spekulationen über Weiße Zwerge immer noch nicht der Realität. Da Weiße Zwerge weniger Energie freisetzen , beträgt die Helligkeit des gerade erwähnten Sterns AR Scorpii nur ein Tausendstel der Helligkeit von GPM J1839-10.

Wenn dieser Himmelskörper weder ein Magnetar, ein Neutronenstern noch ein Weißer Zwerg ist, was ist er dann?

Die Geschichte scheint ins Jahr 1967 zurückgekehrt zu sein, als die Menschen Pulsare als „kleine grüne Männchensignale“ betrachteten. Viele Menschen betrachten GPM J1839-10 heute auch als ein mögliches „Alien-Signal“. Das Wissenschaftlerteam, das diese Entdeckung machte, entdeckte jedoch im Jahr 2022 auch einen anderen ähnlichen mysteriösen Himmelskörper mit der Nummer GLEAM-X J162759.5-523504.3. Es sendete alle 18 Minuten und 11 Sekunden ein etwa 1 Minute langes Pulssignal aus, das jedoch nach zwei Monaten verschwand.

Zwei verschiedene außerirdische Zivilisationen werden nicht die gleichen Signale aussenden. Aus demselben Grund ist „LGM-1“ auch kein „kleiner grüner Mann“. Auch die beiden mysteriösen Impulssignale, die vor kurzem aufgetaucht sind, werden vom selben Himmelskörper verursacht und nicht von Außerirdischen gesendet. Es scheint, dass es im Universum einen Himmelskörper gibt, der etwa alle 20 Minuten einen Impuls aussendet. Es könnte sich um einen neuen Typ von Neutronenstern mit ultralangsamer Rotation handeln, oder um einen völlig neuen, unbekannten Himmelskörper. Es handelt sich um ein natürlich auftretendes astronomisches Phänomen, das nur darauf wartet, durch neue Beobachtungen und Theorien erklärt zu werden.

Abschluss

Seit Astronomen 1967 Pulsare entdeckten, haben sie immer mehr ähnliche Himmelskörper entdeckt. Als sich die Daten anhäuften, wurden ihre Geheimnisse schließlich enthüllt. Wenn wir heute herausfinden möchten, was GPM J1839-10 ist, besteht unsere beste Chance wahrscheinlich darin, detailliertere und längerfristigere Beobachtungen des Himmels durchzuführen und neue Theorien zu entwickeln. Wenn wir weitere ähnliche Radioquellen entdecken, wird das Rätsel bald gelöst sein.

Quellen:

[1] Hurley-Walker, N., et al. „Ein langperiodischer Radiotransient, der seit drei Jahrzehnten aktiv ist.“ Nature 619.7970 (2023): 487-490.

[2] Kaspi, Victoria M. „Langsam schwingende Radiowellen aus einer langlebigen Quelle.“ (2023): 472-473.

[3] Eine seltene, mysteriöse Radioquelle gibt Astronomen Rätsel auf, Astronomy Magazine.

[4] Bizarrer „langsamer“ Neutronenstern stellt unsere Theorien über tote Sterne in Frage.

[5] Seit 1988 leuchtet alle 20 Minuten etwas im Weltraum auf, ArcTechnica.