Klingt die fremde Welt ein wenig unheimlich? Chinas Sky Eye entdeckt neues Phänomen des „Schwarze Witwe“-Pulsars

Kürzlich führte das „China Sky Eye“ Beobachtungen und Studien zum Phänomen der Bedeckung des Schwarzen Witwenpulsars B1957+20 durch und entdeckte dabei erstmals die extreme Turbulenz des Plasmas in einem kompakten Doppelsternsystem, was neue Hinweise auf den Bedeckungsmechanismus des Schwarzen Witwenpulsars lieferte. Klingt ein bisschen „unklar, aber kraftvoll“? Beginnen wir mit den Grundlagen: Was ist ein Black Widow Pulsar?

Das weltweit größte Radioteleskop mit einer einzigen Apertur (allgemein bekannt als Sky Eye) befindet sich in Guizhou. Bildnachweis: China News Service

Lassen Sie uns zuerst über Pulsare sprechen. Sie gehören zur Kategorie der Neutronensterne, sind einer der dichtesten Himmelskörper im Universum und verfügen über ein starkes Magnetfeld. Während seiner Rotation, wenn sein Magnetpol zur Erde zeigt, können wir mit einem Radioteleskop gepulste Strahlung erkennen, daher der Name Pulsar. Vor vierzig Jahren entdeckten Astronomen einen Pulsar, der sich mit sehr hoher Geschwindigkeit drehte. Seine Rotationsperiode beträgt nur 1,5577 Millisekunden, was bedeutet, dass er sich 642 Mal pro Sekunde drehen kann. Dieser Pulsartyp mit einer Rotationsperiode zwischen 1 und 10 Millisekunden wurde später als Millisekundenpulsar bezeichnet. Allerdings waren die damaligen astronomischen Theorien völlig unfähig, die Existenz von Millisekundenpulsaren zu erklären. Schließlich war es unmöglich, dass die eigene Energie des Pulsars eine so schnelle Rotation ermöglichte.

Nach Jahren der Beobachtung und Forschung glauben Astronomen, dass Millisekundenpulsare im Allgemeinen Doppelsternsysteme sind, die aus einem Pulsar und einem weiteren Stern bestehen. Pulsare behalten ihre Hochgeschwindigkeitsrotation bei, indem sie kontinuierlich Materie von ihren Begleitsternen ansammeln. Zufällig gibt es in Nordamerika eine Spinne, die ein starkes Nervengift in sich trägt und allgemein als Schwarze Witwe bekannt ist. Nach der Paarung frisst das starke Spinnenweibchen oft das schwache Spinnenmännchen, um Energiereserven für die Ernährung ihres Nachwuchses zu schaffen. Die Art und Weise, wie Millisekundenpulsare Materie von Begleitsternen ansammeln, ähnelt der von Schwarzen Witwen, weshalb sie auch Schwarze Witwenpulsare genannt werden.

Mit dem erfolgreichen Start des Fermi-Gammastrahlenteleskops in die Umlaufbahn im Jahr 2008 wurden weitere Schwarze Witwen-Pulsare entdeckt, was die Vorhersagen der Astronomen über Millisekunden-Pulsar-Doppelsternsysteme bestätigte. Im Jahr 2012 wurde ein Schwarze-Witwen-Pulsar namens PSR J1311-3430 entdeckt. Der Hauptstern ist ein Neutronenstern mit einer Masse von etwa 2,7 Sonnenmassen und zugleich einer der massereichsten bekannten Neutronensterne. Allerdings beträgt die Masse des Begleitsterns „nur“ etwa das 12-fache der Jupitermasse und sein Volumen beträgt „nur“ 60 % des Jupitervolumens, ist also deutlich kleiner als das des Hauptsterns. Die Umlaufzeit des Doppelsternsystems beträgt 93 Minuten und ist damit kürzer als die Länge vieler kommerzieller Filme.

Der Hauptstern rotiert jedoch 390 Mal pro Sekunde, und die starke Strahlung erhitzt die Oberfläche des Begleitsterns auf 12.000 Grad Celsius, was der doppelten Temperatur der Sonnenoberfläche entspricht. Dadurch wird die durch die hohe Temperatur auf der Oberfläche des Begleitsterns verdampfte Materie schnell auf dem Pulsar angesammelt.

Bis heute hat der Mensch 24 Gruppen von Schwarzen Witwenpulsaren entdeckt, hauptsächlich dank Röntgen- oder Gammastrahlen-Weltraumteleskopen. Im Mai 2022 entdeckten Astronomen des Massachusetts Institute of Technology das Pulsarsystem Black Widow 3.000 Lichtjahre von uns entfernt. Die Umlaufzeit des Hauptsterns und des Begleitsterns beträgt lediglich 62 Minuten. Überraschend ist, dass es in diesem Doppelsternsystem offenbar einen dritten Himmelskörper gibt, denn der Begleitstern sendet tatsächlich sichtbare Lichtstrahlung aus, was in der Geschichte der Millisekundenpulsar-Erkennung einzigartig ist.

Astronomen gehen davon aus, dass die Entfernung zwischen dem anderen Begleitstern und diesem Doppelsternsystem etwa 600 Mal so groß ist wie die Entfernung zwischen Sonne und Erde, und dass seine Umlaufzeit bis zu 10.000 Jahre beträgt. Nach Simulation und Berechnung stellte sich heraus, dass dieser Himmelskörper höchstwahrscheinlich bei einer nahen Begegnung von der Schwerkraft des Pulsars „eingefangen“ wurde.

Um die Geheimnisse dieses Sternensystems zu entschlüsseln, sind natürlich weitere Beobachtungen und Forschungen sowie die Unterstützung durch modernere Teleskope erforderlich.