Neun neue Gammapulsare

Der Himmel, gesehen mit den Augen des Satelliten Fermi . Eingezeichnet sind die Positionen der mit dem neuen Suchalgorithmus entdeckten Gammapulsare.

Entdeckung in den Daten des Fermi-Teleskops gelingt dank Analysemethode aus der Gravitationswellenforschung

Pulsare gelten als Leuchttürme im All. Diese kompakten und schnell rotierenden Neutronensterne blinken im Radio- oder Gammawellenbereich mehrmals pro Sekunde auf. Reine Gammapulsare sind extrem schwer zu finden, da sie trotz der hohen Energie nur sehr wenige Photonen pro Zeiteinheit abstrahlen. Mit einem verbesserten Analysealgorithmus haben nun Max-Planck-Wissenschaftler in internationaler Kooperation eine Reihe bisher unbekannter und besonders leuchtschwacher Gammapulsare in den Daten des Satellitenobservatoriums Fermi aufgespürt. Damit hat sich deren Anzahl auf mehr als 100 erhöht.

Die kosmischen Leuchtfeuer stellen die Astronomen noch vor manches Rätsel. So etwa geben sich nicht alle Radio- auch als Gammapulsare zu erkennen; und umgekehrt strahlen nicht alle Gammapulsare auch im Radiofrequenzbereich. Eine plausible Erklärung ist eine unterschiedliche Breite der Lichtkegel in den verschiedenen Wellenlängenbereichen. Während die energieärmere Radiostrahlung an den Magnetfeldpolen eines Neutronensterns enger gebündelt wird, fächert sich der Lichtkegel aus hochenergetischer Gammastrahlung weiter auf.

Je nach räumlicher Orientierung und Intensität des Strahlenkegels lässt sich der Stern dann als Radio- oder Gammapulsar beobachten. Es existieren aber auch alternative Modelle. Um die tatsächliche Ursache zu klären, ist es notwendig, eine möglichst große Stichprobe dieser Objekte zu untersuchen.

Auf der Suche nach reinen Gammapulsaren tappen die Astrophysiker zunächst sprichwörtlich im Dunkeln. Ein typischer Pulsar dreht sich mehrfach pro Sekunde – mindestens 100 Millionen Mal pro Jahr – um die eigene Achse. Entsprechend häufig durchkreuzt sein Lichtkegel die Blickrichtung des Beobachters. Das Large Area Telescope auf dem Nasa-Satelliten Fermi empfängt von einem Gammapulsar im Schnitt aber nur wenige Tausend Photonen jährlich. Bei einer derart niedrigen Rate ist es auch mit modernsten Hochleistungs-Rechensystemen eine große Herausforderung, die Gammaquanten einem unbekannten Pulsar mit wohldefinierter Rotationsperiode zuzuordnen.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik/Albert-Einstein-Instituts in Hannover, der Leibniz Universität Hannover und des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn haben in den vergangenen Monaten in einer internationalen Kooperation Daten des Large Area Telescope analysiert und mit einer besonders effizienten Methode neun Pulsare identifiziert, die bis dahin unsichtbar waren.

„Um diese Aufgabe zu bewältigen, haben wir einen hierarchischen Algorithmus verwendet, den wir zunächst für die Suche nach Gravitationswellen entwickelt hatten”, erklärt Bruce Allen, Direktor am Albert-Einstein-Institut und Professor am Institut für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover. „Die Datenanalyse ist ähnlich aufregend und mühsam, wie nach Gold zu graben: Sie vermuten, dass es etwas zu finden gibt, aber Sie wissen nicht genau, wo”, so Allen.

Die neun neuen Pulsare, die den Wissenschaftlern jetzt ins Netz gingen, geben weniger Gammastrahlung ab als die bisher bekannten und drehen sich drei bis zwölf Mal pro Sekunde um die eigene Achse. Nur bei einem dieser Pulsare maßen die Astrophysiker im Nachhinein auch Radiostrahlung. Insgesamt hat sich damit die Anzahl der mit Fermi detektierten Gammapulsare auf mehr als 100 erhöht.