BONN / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein internationales Forscherteam hat durch die Beobachtung eines pulsierenden Sterns neue Erkenntnisse über die unsichtbaren Strukturen im interstellaren Raum gewonnen. Mithilfe innovativer Beobachtungstechniken konnten sie die Verzerrungen im Radiofrequenzspektrum eines Pulsars analysieren und dabei überraschend geordnete Strukturen im Weltraum entdecken.
Die funkelnden Sterne am Nachthimmel sind nicht nur schön anzusehen, sondern verraten auch viel über die unterschiedlichen Temperaturen und Dichten in den Schichten der Erdatmosphäre. Diese brechen das Licht, während es zu uns reist. Ähnlich verhalten sich bestimmte stellare Überreste, die Radiowellen aussenden. Obwohl ihre Radiowellen, die längere Wellenlängen als sichtbares Licht haben, die Erdatmosphäre fast ungestört durchdringen können, werden sie von dem dünnen Gas zwischen den Sternen gestreut. Dieses Funkeln, bekannt als Szintillation, bietet einzigartige Einblicke in den interstellaren Raum.
Ein internationales Team unter der Leitung von Tim Sprenger vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie hat die flimmernde Radiostrahlung eines Objekts mit einer innovativen Beobachtungstechnik gemessen. Die Ergebnisse wurden in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht. Szintillation tritt nur bei Punktquellen auf, weshalb entfernte Sterne funkeln, Planeten jedoch nicht. Im Radiospektrum kann das Flimmern bei Pulsaren beobachtet werden, den Überresten massereicher Sterne. Sie gehören zu den kompaktesten Objekten im Universum: Die Masse eines ganzen Sterns ist in einer Kugel mit dem Durchmesser einer Großstadt komprimiert.
Die von Pulsaren ausgesendeten Radiosignale schwanken in ihrer Helligkeit aufgrund der Szintillation, und ihre Position am Himmel erscheint verschmiert. Der in der aktuellen Studie beobachtete Pulsar ist erst der zweite, bei dem die durch Szintillation verursachte Verzerrung direkt abgebildet werden konnte. Das Forschungsteam unter der Leitung von Tim Sprenger beobachtete den Pulsar PSR B1508+55, der etwa 7.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Draco liegt. Auf dem Langzeitbelichtungsbild erscheint der Pulsar zu einer Linie verzerrt.
Normalerweise stellt man sich vor, dass der Pulsar durch zufällige Dichteschwankungen zu einer verschwommenen Scheibe verzerrt wird. Stattdessen scheint das interstellare Medium hier geordnete Strukturen mit einer bevorzugten Ausrichtung zu bilden, erklärt der Hauptautor Tim Sprenger. Diese könnten beispielsweise parallele Filamente oder dünne, gefaltete Schichten sein. Was genau die Strukturen in diesem Fall darstellen, ist noch unklar. Dies liegt teilweise daran, dass die beobachtete Streuung, die sie verursachen, auf astronomischer Skala sehr klein und schwer zu beobachten ist.
Von besonderem Interesse sind kleine Unregelmäßigkeiten in der ansonsten geraden gestreuten Linie. Die Beobachtung des Kontrasts zwischen dem primären linearen Bild und seinen komplexen Abweichungen ist faszinierend. Es lässt uns fragen: Was sind die mikroskopischen Strukturen, die sie geschaffen haben – Strukturen, die unserem aktuellen Bild des interstellaren Mediums entgehen? fügt Co-Autor Xun Shi von der Yunnan-Universität in China hinzu. Mithilfe von Modellrechnungen ist es zumindest möglich zu bestimmen, dass die interstellare Wolke etwa 430 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
Die Szintillation eines Pulsars verursacht so kleine Positionsänderungen, dass sie mit einzelnen Teleskopen nicht räumlich aufgelöst werden können. Die Forscher verwendeten daher eine ausgeklügelte Beobachtungstechnik und zwei der weltweit leistungsstärksten Radioteleskope, das 100-Meter-Effelsberg-Radioteleskop in Deutschland und das Fünfhundert-Meter-Apertur-Sphärische Radioteleskop (FAST) in China. Aufgrund der Bewegung der Erde ändern sich die Positionen der beiden Teleskope im Laufe der Zeit erheblich, wenn beide gleichzeitig auf PSR B1508+55 gerichtet sind.
Dies bedeutet, dass im Laufe eines Tages manchmal ein Teleskop und manchmal das andere das gleiche Flimmern zuerst sieht, je nachdem, ob Deutschland oder China derzeit mehr in Richtung der Erdbewegung zeigt. Daraus kann ein Bild berechnet werden. Co-Autor Olaf Wucknitz bemerkt: Indem wir den großen Abstand zwischen den beiden Radioteleskopen und die Bewegung der Erde relativ zu den beobachteten Strukturen ausnutzten, konnten wir eine Auflösung erreichen, die mit keiner anderen Technik im beobachteten Frequenzbereich möglich ist.
Bei höheren Frequenzen können vergleichbare Auflösungen erreicht werden, indem viele Teleskope auf der ganzen Welt zu einem virtuellen Teleskop kombiniert werden. Dies ist technisch komplex, und die resultierenden Daten müssen in einem zeitaufwändigen Prozess korreliert werden. Die von uns verwendete Beobachtungstechnik stellt keine hohen Anforderungen an die Infrastruktur. Sie funktioniert mit lokal verarbeiteten Datensätzen, die wir mit unseren Standard-Laptops zusammenführen konnten, berichtet Sprenger. Nach diesem Erfolg sind Beobachtungen weiterer Pulsare geplant. Diese sollten dann mehr über die unsichtbaren Strukturen des interstellaren Mediums enthüllen.
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