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Ein Asteroid kollidiert mit einem toten Stern

Von / 26. November 2013 / 15 Kommentare / Seite 2 von 2 / Auf einer Seite lesen
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Was genau ist hier passiert und hat die Rotationsfrequent des Pulsars verändert. Es war mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Asteroid, der mit ihm kollidiert ist. Es ist zu erwarten, dass auch nach der Supernova-Explosion in der der Pulsar entstanden ist, noch Trümmer vom ehemaligen Stern und von den früheren Planeten vorhanden sind. Sie umkreisen den Pulsar und aus den Trümmern können wieder neue Asteroiden und neue Planeten entstehen. Das kommt zwar vermutlich nicht oft vor, aber doch oft genug, denn immerhin haben wir schon zwei Pulsare entdeckt die von Planeten umkreist werden. Es kann also auch Pulsar-Asteroiden geben die das machen, was auch normale Asteroiden machen: Ab und zu miteinandern kollidieren und so ihre Bahn ändern. Und manche dieser Bahnen werden zu einer Kollision mit dem Pulsar führen. Und dabei passieren dann interessante Dinge.

Zuerst einmal wird die starke Strahlung des Pulsars den kleinen Asteroiden pulverisieren und die Überreste ionisieren. Diese geladenen Teilchen werden nur auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und erzeugen dabei Gammastrahlung die das elektrische/magnetische Feld des Pulsars beeinflussen. Das Magnetfeld kann wiederrum die Rotation des Pulsars beeinflussen. Wenn die Überreste des Asteroiden zur Veränderungen im Magnetfeld führen, dann aktivieren sie also quasi die Bremse (oder das Gaspedal) und die Rotationsgeschwindigkeit ändert sich. Die Astronomen haben sogar ausgerechnet, dass es mindestens einer Masse von einer Milliarde Tonnen benötigt, um die Veränderung zu erklären. Das ist ein typischer Wert für die Masse eines Asteroiden. Der kleine Asteroid Dactyl, der den größeren Asteroid Ida umkreist, hat zum Beispiel eine vergleichbare Masse und ist nur wenig mehr als einen Kilometer groß. Es braucht also nicht viel, um einen Pulsar aus dem Tritt zu bringen.

Der kleine Asteroid Dactyl (rechts) (Bild: NASA/JPL)

Der kleine Asteroid Dactyl (rechts) (Bild: NASA/JPL)

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. Das lässt sich überprüfen und man wird PSR J0738-4042 weiterhin beobachten. Auch in der Hoffnung, vielleicht in Zukunft dort noch einen Planeten zu finden. Denn die Analyse vergangener Beobachtungen zeigt, dass auf früher schon Asteroiden mit dem Pulsar kollidiert sein könnten und wenn solche Ereignisse periodisch stattfinden, dann sind vielleicht die gravitativen Störungen eines Planeten dafür verantwortlich, dass immer wieder Kleinkörper mit dem toten Stern zusammen stoßen…

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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.