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Unsichtbare Sterne: Wie kann man aus Pulsarsignalen auf versteckte Begleiter schließen?
Im riesigen Universum bietet die Existenz von Pulsaren Astrophysikern wichtige Forschungsressourcen, insbesondere von Doppelpulsaren, die mit Begleitsternsystemen gebildet werden. Bei diesen binären Pulsaren handelt es sich oft um Systeme, die aus einem Pulsar und einem Weißen Zwerg oder Neutronenstern bestehen. Mit der Zeit können Wissenschaftler durch präzise Pulssignale auf die Existenz seines verborgenen Begleitsterns schließen.
Das von einem Pulsar ausgesendete Signal ist wie eine präzise Uhr in der Natur. Durch seine Pulsfrequenz können wir die Existenz des Begleitsterns beobachten.
1974 entdeckten Joseph Hooton Taylor, Jr. und Russell Hulse den ersten Doppelpulsar PSR B1913+16 am Arecibo-Observatorium. Diese bedeutende Entdeckung brachte ihnen 1993 den Nobelpreis für Physik ein. Die Studie zeigt, dass sich die Pulsfrequenz eines Pulsars mit der Bewegung seines Begleitsterns ändert, und diese Änderung ist auf den Einfluss des Doppler-Effekts zurückzuführen. Pulse treten häufiger auf, wenn sich der Pulsar auf die Erde zubewegt, und seltener, wenn er sich von der Erde entfernt. Daher können Wissenschaftler aus Änderungen dieser Pulse auf die Masse und Bewegungseigenschaften des Begleitsterns schließen.
Durch präzise Pulszeitmessungen können Wissenschaftler die Funktionsweise binärer Pulsgalaxien gründlich beschreiben.
Die Entdeckung von PSR B1913+16 vertiefte nicht nur das Verständnis der Menschen über Pulsare und ihre Begleiter, sondern wurde auch zu einer wichtigen experimentellen Plattform für die Prüfung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Messungen zufolge sind die Massen dieses Paars von Doppelsternen nahezu gleich, und der Zeitabstand zwischen ihren Impulsen wird durch das starke Gravitationsfeld beeinflusst, wenn sich der Begleitstern nähert, der Sendezeitpunkt des Impulses Das Signal wird verzögert.
Mit weiteren Beobachtungen von PSR B1913+16 bestätigten Wissenschaftler, dass sich die Umlaufperiode des Pulsars im Laufe der Zeit allmählich verkürzte. Diese Veränderungen stimmen in hohem Maße mit Einsteins Vorhersagen überein und wurden zu einem weiteren wichtigen Beweis für die Verifizierung der allgemeinen Relativitätstheorie. Die zeitabhängige Abnahme dieser Gravitationsstrahlung macht sie zu einem wichtigen Untersuchungsobjekt bei der Beobachtung binärer pulsierender Galaxien.
Als Gravitationswellen zum ersten Mal beobachtet wurden, wurde die Methode zur Überprüfung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft erneut untergraben und die Rolle binärer Pulsare rückte immer stärker in den Vordergrund.
Bei weiteren Untersuchungen entdeckten wir auch einen Intermediate-Mass Binary Pulsar (IMBP), ein binäres System, das aus einem Pulsar und einem relativ massereichen Weißen Zwerg besteht. Die Rotationsperiode dieses Pulsartyps ist relativ lang, normalerweise zwischen 10 und 200 Millisekunden. Ein Beispiel ist PSR J2222−0137, ein Pulsar, dessen Begleiter ein Weißer Zwerg mit einer Masse von etwa 1,3 Sonnenmassen ist. Dieses System ist etwa 870 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist einer der nächsten bekannten binären Pulsare.
Die Masse und die einzigartigen Eigenschaften der Begleitsterne im IMBP haben die Aufmerksamkeit von Astronomen auf sich gezogen. Diese hochwertigen Weißen Zwerge wie PSR J2222−0137 B haben extrem niedrige Temperaturen und werden sogar „Diamantsterne“ genannt. Gleichzeitig machen seine kristallisierten Eigenschaften es einzigartig im Universum und regen die weitere Erforschung binärer Systeme und ihrer Wechselwirkungen weiter an.
Die Existenz von Begleitsternen hat einen tiefgreifenden Einfluss auf die Strahlung von Pulsaren und ihrer kosmischen Umgebung. ”
Ein weiteres Merkmal binärer Pulsare ist der Austausch von Materie zwischen ihnen und ihren Begleitsternen. Viele gewöhnliche Begleitsterne dehnen sich während ihrer Entwicklung aus und schleudern ihre äußeren Materieschichten in Richtung des Pulsars. Dieser Prozess erzeugt Röntgenstrahlung, erzeugt eine binäre Röntgenphase und kann zur Bildung einer Akkretionsscheibe um den Pulsar führen. Der vom Pulsar erzeugte „Wind“ oder relativistische Teilchenfluss kann das Magnetfeld des Begleitsterns beeinflussen, was drastische Auswirkungen auf die Emission des Pulses haben kann. Diese Wechselwirkungen liefern uns neue Einblicke in Pulsare und ihre Umgebung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass binäre Pulsare nicht nur ein hervorragendes Werkzeug zum Testen grundlegender physikalischer Gesetze sind, sondern auch ein wichtiges Fenster, das uns hilft, die Struktur des Universums besser zu verstehen. Da sich die Überwachungstechnologie weiter verbessert, werden wir in der Lage sein, aus diesen gemessenen Pulssignalen genauere Rückschlüsse auf unbeobachtete Begleitsterneigenschaften zu ziehen, was unser Verständnis des Universums einen Schritt weiterbringen wird. Wie viele unentdeckte Begleitsterne verbergen sich in einem so komplexen Universum vor unseren Augen?
