Pulsar gibt Einstein recht

Beobachtungen eines Doppelsternsystems mit dem Very Large Telescope in Chile sowie Radioteleskopen auf der ganzen Welt zeigen den bislang massereichsten aller bislang bekannten Neutronensterne. In Verbindung mit der sehr kurzen Umlaufperiode von nur 2,5 Stunden ergeben sich unter anderem neue Erkenntnisse über die Aussendung von Gravitationswellen. So bildet das System einen Modellfall für die Untersuchung der Allgemeinen Relativitätstheorie unter extremen Bedingungen.

Der Pulsar PSR J0348+0432 ist durch eine Supernovaexplosion entstanden und hat einen Durchmesser von lediglich zwanzig Kilometern. Sein Begleiter, der Weiße Zwerg, ist das Überbleibsel eines deutlich leichteren Sterns, der seine Atmosphäre verloren hat und nun langsam abkühlt. Beide Sterne befinden sich im Abstand von nur 830.000 Kilometern zueinander, das ist nur wenig mehr als der Radius unserer Sonne. Dadurch strahlt das System Gravitationswellen ab, die – wie von Einstein vorhergesagt – zu einer weiteren Verringerung des Abstands beider Komponenten und einer damit verbundenen Abnahme der Bahnperiode führen. Um diesen Effekt quantitativ zu testen, sind jedoch die Massen von Pulsar und Begleiter nötig.

„Die Änderungen in der Lichtkurve des Weißen Zwergs, die von seiner zwei Millionen Stundenkilometer schnellen Bewegung um den Pulsar herrühren, habe ich am Very Large Telescope gemessen”, erläutert John Antoniadis vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. „Dieses Verfahren ermöglicht uns, sowohl den Weißen Zwerg als auch den Pulsar abzuwiegen und damit die Masse von beiden zu bestimmen.“ Mit der doppelten Masse der Sonne ist der Pulsar der schwerste, der bisher bekannt ist.

In Bezug auf seine Schwerkraft ist PSR J0348+0432 auch im Vergleich zu anderen Pulsaren ein extremes Objekt. Die Gravitation auf seiner Oberfläche ist über 300 Milliarden Mal stärker als auf der Erde. Im Zentrum dieses Neutronensterns sind mehr als eine Milliarde Tonnen Materie auf das Volumen eines Zuckerwürfels zusammengepresst. Diese Zahlen sind nahezu doppelt so hoch wie in den bisher bekannten Neutronensternen. Eine solch große und kompakte Masse versetzte die Astronomen zum ersten Mal in der Lage, die Bewegung eines Objekts in einer derart stark deformierten Raumzeit genauestens zu vermessen.

Mittels der so bestimmten Massen ließ sich der Energieanteil berechnen, der in Form von Gravitationswellen abgestrahlt wird und zu einer Verkürzung der Umlaufperiode in dem System führt. „Unsere Beobachtungen mit den beiden Antennen in Effelsberg und Arecibo waren derart präzise, dass wir bereits Ende 2012 eine Änderung von nur acht Mikrosekunden pro Jahr in der Umlaufperiode und damit exakt den von der Relativitätstheorie vorhergesagten Wert nachweisen konnten“, sagt Paulo Freire, vom Bonner MPI. Die neuen Messungen stellen aber erst den Beginn einer detaillierten Studie dieses einzigartigen Objekts dar, bei der Astronomen die Allgemeine Relativitätstheorie mit immer höherer Genauigkeit überprüfen.

MPG / ESO / AH