Wir haben schon jede Menge Planeten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt. Mehr als tausend Stück und wir wissen, dass da draußen noch ein paar Milliarden mehr sein müssen. Aber mit Sicherheit gibt es da nicht nur Planeten. Unser eigenes Sonnensystem zeigt uns ja, dass die Vielfalt der Himmelskörper groß ist. Es gibt Planeten; es gibt Monde; es gibt Kometen und es gibt Asteroiden – warum sollte es all diese Himmelskörper nicht auch anderswo geben? Natürlich sind sie schwer zu finden. Nach extrasolaren Monden sucht man schon lange – bis jetzt leider erfolglos (was sich aber im Prinzip jederzeit ändern kann). Und wenn schon die kleinen Monde nicht entdeckt werden können, dann ist da bei den noch viel kleineren Asteroiden und Komegten doch sicher noch schwerer… oder vielleicht doch nicht?

Indirekt haben wir die Existenz von extrasolaren Asteroiden schon länger bestätigt. Schon in den 1980er Jahren wurden die ersten Trümmerscheiben entdeckt; also große Scheiben aus Staub die Sterne umgeben und existieren können, weil sich dort Asteroiden befinden die immer wieder miteinander zusammenstoßen und dabei Staub erzeugen. Und es gibt ja auch keinen Grund, warum die Asteroiden nicht da sein sollen. Immerhin wissen wir ja, dass Asteroiden die Vorstufe von Planeten darstellen; dass die Asteroiden das Baumaterial sind, aus dem bei der Planetenentstehung größere Himmelskörper wachsen. Ein paar bleiben dabei halt immer übrig und warum sollte das bei anderen Planetensystemen anders ablaufen als bei uns.

Direkt beobachten werden wir die kleinen Felsbrocken aber so schnell nicht können. Dazu müssten wir schon zu den anderen Sternen hin fliegen und das ist so gut wie unmöglich. Aber es gibt deutlich besserer indirekte Methoden. Zum Beispiel die Beobachtung von Pulsaren. Diese toten Sterne haben schon eine große Supernova-Explosion hinter sich und sind nun nur noch enorm dichte Kugeln aus Neutronen; nur ein paar Kilometer groß aber doch so schwer wie ein ganzer Stern. Sie drehen sich schnell um ihre eigene Achse und wie ein Leuchtturm senden sie dabei intensive Strahlung in zwei “Lichtkegeln” aus. Von der Erde beobachtet scheinen diese toten Sterne zu blinken und das tun sie sehr exakt und immer mit der gleichen Perioden. So exakt, dass schon kleinste Abweichungen auffallen. Solche Abweichungen haben Anfang der 1990er Jahre auch zur Entdeckung der ersten Exoplaneten geführt. Astronomen aus Großbritannien, Südafrika und Australien haben bei der Beobachtung eines Pulsars nun auch deutliche Hinweise auf die Existenz extrasolarer Asteroiden gefunden (“Evidence of an asteroid encountering a pulsar”).

Der Pulsar trägt den schönen Namen PSR J0738-4042 und wird seit fast 25 Jahren beobachtet. Man hat im Laufe der Zeit also einen ziemlich guten Überblick über sein Verhalten bekommen. Normalerweise ist die Rotationsgeschwindigkeit eines Pulsars konstant. Nur wenn man genau und über längere Zeiträume hinweg hin sieht, bemerkt man wie er stetig langsamer wird. Das ist auch zu erwarten denn immerhin verliert der Pulsar Energie und muss langsamer werden. Genau das beobachtet man auch bei PSR J0738-4042:

Dieses Bild zeigt die Veränderung der Rotationsfrequenz des Pulsars. Die zu erwartende stetige Abnahme wurde aus den Daten schon rausgerechnet – es sollte also nur eine gerade Linie übrig bleiben. Und genau das sieht man auch (wenn man die eine Phase in der nicht beobachtet wurde ignoriert). Allerdings nur bis 2005. Dann tut sich plötzlich etwas. Und danach, so ab 2010 läuft wieder alles so wie es soll; nur jetzt auf einem anderen Niveau. Hier ist die interessante Phase nochmal vergrößert (die Änderung der Rotationsfrequenz ist im oberen Bereich zu sehen; das Diagram darunter zeigt das gleiche; nur auf eine andere Art und Weise):

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Kommentare (15)

  1. #1 Alderamin
    26. November 2013

    Bisher ging man bei Veränderungen der Rotationsperiode von Pulsaren m.E. immer von Sternbeben aus, nach denen der Pulsar noch ein bisschen “sackte”. Kann man Einschläge von solchen Beben denn halbwegs zuverlässig unterscheiden? Oder ist die Beben-Theorie gar gänzlich hinfällig?

  2. #2 Till
    26. November 2013

    So wie ich Florian verstanden habe, erwartet man, dass der Effekt des Asteroiden nur temporär ist. Ergibt ja auch Sinn, so wenig Masse sollte einen Pulsar nicht auf Dauer wesentlich beschleunigen können. Ich würde denken, dass im Gegensatz dazu ein Sternbeben, das zum “sacken” des Pulsars führt einen dauerhaften Effekt hat. Man sollte das also schon unterscheiden können.

  3. #3 Alderamin
    26. November 2013

    @Till

    Nach den Beben ist in der Tat die Rotation dauerhaft erhöht, aber oben in den Graphen ist sie es nach einer Schwankung ja auch. Der Asteroid gibt dem Pulsar beim Einschlag offenbar einen Schubs in Richtung seiner Drehung, deswgen nimmt die Frequenz zu. Beim “Sacken” verkleinert sich der Radius ein wenig, und die Frequenz nimmt ebenfalls zu.

    Interessant wäre ein retrograder Einschlag, der müsste die Rotation ein winziges bisschen verlangsamen. Das dürfte bei einem Beben eigentlich nicht passieren. Nur läuft alles in einem Pulsarsystem wahrscheinlich in die gleiche Richtung wie der Pulsar sich dreht. Bis auf Kometen ist das im Sonnensystem ja auch so. Wäre also ein unwahrscheinlicher Fall. Vielleicht am ehesten in einem Doppelsternsystem möglich.

  4. #4 Ludger
    26. November 2013

    Alderamin #3:

    Der Asteroid gibt dem Pulsar beim Einschlag offenbar einen Schubs in Richtung seiner Drehung, deswgen nimmt die Frequenz zu.

    Die Kurven zeigen m.E. negative Beschleunigungen (Einheit 1/s²), d.h., die Frequenz nimmt weiter ab, die Frequenzverzögerung ist nur etwas langsamer.

  5. #5 Alderamin
    26. November 2013

    @Ludger

    Ach-so. Seltsames Diagramm. Ich hatte nur 1/s, also Hz, gesehen. Gut, dann hat der Asteroid den Pulsar abgebremst. Ein Beben hätte ihn beschleunigt (positive Beschleunigung, Ausschlag weit nach unten). So kann man beide Effekte natürlich auseinanderhalten. Frage aus #1 beantwortet. Danke.

  6. #6 Ludger
    26. November 2013

    Der Graph ist im negativen Bereich, der 0-Punkt der y-Achse ist gar nicht abgebildet. Hier sieht man die Einwirkung einer positiven Beschleunigung, die in der Summe mit dem Ausgangswert immer noch negativ bleibt. Die Frage aus #1 ist deshalb m.E. nicht beantwortet.

  7. #7 Hawk
    27. November 2013

    Aber, da sich die Rotationsfrequenz ja nun verändert hat, warum erwartet man, dass (ohne Einwirkung einer weiteren Kraft) diese wieder auf den ursprünglichen Wert zurück fällt? Sollte da nicht die Impulserhaltung dagegen stehen, egal ob nun eine Änderung im Magnetfeld oder ein mechanischer Impact den Drehimpuls ursprünglich verändert hat?

  8. #8 Alderamin
    27. November 2013

    @Hawk

    Erwartet man ja nicht. Es gibt lediglich eine Abbremsung der Rotation durch Abstrahlung von Radiowellen aufgrund des rotierenden Magnetfelds. Meistens ist die Magnetfeldachse nicht gleich der Rotationsachse, man hat also einen exzentrisch rotierenden Magneten, dessen torkelndes Feld ordentlich Wellen abstrahlt. Das bremst den Neutronenstern dann allmählich ab. Man kann das Alter eines Pulsars aus seiner Rotationsfrequenz abschätzen.

  9. #9 Thomas
    27. November 2013

    Dann ist der folgende Satz von Florian also falsch? –> “Wenn die Veränderung im Pulsar wirklich auf die Kollision mit einem Asteroiden zurück zu führen ist, dann sollte der Pulsar sich eigentlich bald wieder beruhigen und auf sein früheres Rotationsgeschwindigkeitsniveau zurück fallen.”

  10. #10 Alderamin
    27. November 2013

    @Thomas

    Hmm, dann müsste der Pulsar durch den Einschlag ins Schwingen geraten: wenn er sich oval verformt, ändert sich sein Trägheitsmoment und somit die Rotationsgeschwindigkeit, bis er wieder schön rund ist. Vielleicht geht es darum? Florian?

  11. #11 Florian Freistetter
    27. November 2013

    @Thomas: “Dann ist der folgende Satz von Florian also falsch?”

    Naja, der Satz ist ja nicht von mir, sondern von den Autoren des Fachartikels:

    “This line of reasoning provides us with a testable hypothesis; at the point in time when the injected mass is exhausted, we would expect the pulsar to return to its previous spin-down state”

  12. #12 Ludger
    27. November 2013

    Spielen bei der Energiebilanz eventuell auch Kernprozesse eine Rolle (wenn man den Neutronenstern als großen Atomkern auffasst)?

  13. #13 Alderamin
    27. November 2013

    @Florian

    to its previous spin-down state

    “Spin-down state” kann man angesichts der obigen Plots mit 1/s² auf der y-Achse ja durchaus als “Abnahmerate der Rotation” (1. Ableitung der Rotationsgeschwindigkeit) verstehen, nicht als “Rotationsgeschwindigkeit”.

    Demnach verlangsamt sich die Rotationsrate nach dem Einschlag und kurzer Beschleunigung (bzw. kurzfristig verringerter Verzögerung; die 1. Ableitung wird ja nie positiv, nur weniger negativ ) schließlich wieder mit der ursprünglichen Rate (1. Ableitung erreicht wieder den ursprünglichen Wert). Was nicht bedeutet, dass der Pulsar sich am Ende auch wieder gleich schnell dreht, sondern durchaus ein wenig schneller.

  14. #14 Alderamin
    27. November 2013

    @myself

    durchaus ein wenig schneller

    Nö, durchaus langsamer, nur weniger langsam als ohne Einschlag. So als ob man im Auto auf die Bremse tritt und sie dann kurzfristig ein wenig löst, um sie dann wieder mit der ursprünglichen Stärke zu treten.

  15. #15 Hawk
    27. November 2013

    @Alderamin:
    Das scheint es wohl zu sein. Jedenfalls ergibt diese Deutung mehr Sinn als das, was ich ursprünglich heraus gelesen habe.