Dank immer besserer Technologie, innovativer Ansätze und internationaler Zusammenarbeit floriert die Astronomie. Während viele Beobachtungen helfen, Theorien zu perfektionieren oder zu verlieren, gibt es immer Entdeckungen, die einfach nicht angemessen erscheinen. Mysteriöse Signale, Vorwürfe von Verstößen gegen die Naturgesetze und doch Phänomene, die nicht erklärt werden können. Die Öffentlichkeit diskutiert dann gerne, ob es Spuren außerirdischer Intelligenz gibt, Wissenschaftler wissen, dass es schließlich fast immer eine natürliche Erklärung gibt. Aber überall wird die Fantasie angeregt.

In einer Reihe von Artikeln, die in den kommenden Wochen online sind, werden wir einige dieser astronomischen Anomalien aus einer kürzlich präsentierten Sammlung vorstellen und erklären, warum alle Versuche, sie zu erklären, bisher gescheitert sind.

Können die Planeten überleben, wenn ihr Stern zur Supernova wird? Bei der Beantwortung dieser Frage hilft es, den Fluss einer klassischen Supernova zu betrachten – der „Supernova des essentiellen Zusammenbruchs“. Gegen Ende ihres Lebens verschmelzen die immer schwereren Elemente zu einer immer kürzeren Folge im Zentrum massereicher Sterne. Wenn für eine Kernreaktion nicht mehr genügend Brennstoff vorhanden ist und der Strahlungsdruck abnimmt, komprimiert das Gewicht des Sterns sein Inneres und erwärmt sich, bis sich die nächste Phase der nächsten Fusion entzündet, die den Stern mit seinem Strahlungsdruck weiter stabilisiert.

Fertigstellungskollaps

Das Ende des Fahnenmastes wird schließlich mit Eisen erreicht – das Schmelzen des Eisens setzt keine Energie mehr frei, sondern verbindet die Energie und der stabilisierende Druck der Strahlung verschwindet plötzlich. Während der Kern bis zu 1,4 Sonnenmassen durch den degenerativen Druck der Elektronen stabilisiert wird und in Sternen mit weniger als 10 Sonnenmassen als weißer Zwerg endet, reicht dies für die massereicheren Sterne nicht mehr aus: Elektronen werden in die Kerne des Atoms und gedrückt verbinden sich mit der Freisetzung von Tonnen von Neutrinos mit Protonen in Neutronen, wobei nichts als die Neutronen der Atome übrig bleiben.

Neutronen nehmen viel weniger Platz ein als bisher Eisenatome, und der Eisenkern mit einem Durchmesser von etwa 10.000 km kollabiert plötzlich unter seinem eigenen Gewicht und bildet eine Kugel aus Neutronen mit einem Durchmesser von 20 bis 30 Kilometern – einen Neutronenstern. Sterne mit mehr als 25 Sonnenmassen fallen in ein Schwarzes Loch, aber darüber sprechen wir hier nicht.

Zurück zum neu gebildeten Neutronenstern: Die Materie des Sterns, der stark darauf in den Hohlraum fällt, wird durch die Stoßwelle so stark komprimiert und erwärmt, dass ein Großteil des Sterns thermonuklear entzündet – eine riesige Wasserstoffbombe. In einer Supernova setzt ein Stern innerhalb von Sekunden eine Energie von 10⁴⁴ Watt Sekunden frei. Dies ist ungefähr die Energiemenge, die unsere Sonne bei aktueller Helligkeit innerhalb von 10 Milliarden Jahren produzieren wird.

Der Physiker Randall Monroe hat in seinem xkcd Seite aller Dingedass die Helligkeit einer Supernova in einer Entfernung von der Erde zur Sonne etwa eine Milliarde Mal heller ist als eine Wasserstoffbombe, die direkt vor dem Auge explodiert – dies liegt daran, dass eine Wasserstoffbombe nur einige Kilogramm Wasserstoff kombiniert, während diese Supernova 2 bis 5 * 10³¹ Kilogramm sind. Selbst nach der Explosion scheint der Stern wochenlang auf die zehn Milliardenfache Helligkeit der Sonne aufgrund schmelzender Produkte mehrere Zehntausende Landmassen von radioaktivem Nickel-56, das sich durch Kobalt-56 in Eisen-56 zersetzt.

Infolge der Explosion verliert der vorherige Stern (Vorläufer) einen großen Teil seiner Masse, die Tausende von Kilometern pro Sekunde in den Weltraum geworfen wird. Oft erfolgt die Explosion asymmetrisch und der verbleibende Neutronenstern erhält von der gerichteten Spule einen Schock von bis zu Hunderten von Kilometern pro Sekunde.

Können die Planeten auf so etwas überleben? Sicherlich nicht. Wenn der Stern mit seiner extrahierten Materie nicht geschmolzen und geblasen wird, verliert er einen Großteil seiner Masse – bevor zehn Sonnenmassen einen Neutronenstern mit 1,4 bis etwa 2,8 Sonnenmassen hinterlassen, dessen Geschwindigkeit entweicht ist langsamer als die Umlaufgeschwindigkeit des vorherigen Sterns. Die vermeintlichen Planeten müssen also weit in alle Richtungen fliegen. Zumindest dachten die Leute das vor 30 Jahren.

Ungebetene Besucher

Cut – wir sind Anfang der 90er Jahre. Es wurden noch keine Planeten außerhalb des Sonnensystems entdeckt. Zum ersten Mal war es technisch weit genug fortgeschritten, um Exoplaneten erkennen zu können, und man hoffte, dass sie mit hoher Auflösung erkannt werden würden Echelle-SpektrographenTesten der neuen CCD-Sensortechnologie und der computergestützten Bildverarbeitung auf den Spektrallinien eines Fixsterns. Aufgrund der Masse der rotierenden Planeten würde der Stern zu einer trügerischen Bewegung um den Schwerpunkt des Systems, den Schwerpunkt, gezwungen, die sich aufgrund des Doppler-Effekts als kleine periodische Verschiebung seiner Spektrallinien manifestieren muss.

Doch bevor die Schweizer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz, die sich im vergangenen Jahr mit der Nobel-Ossifikation befassten, 1995 die erste Entdeckung eines Exoplaneten um einen gewöhnlichen Stern machten, betraten ungebetene Gäste die Premiere und ließen Gesichter explodieren. lange und große Verwirrung. Das polnisch-kanadische Team der Radioastronomen Alexander Wolszczan und Dale Frail hatte bereits am 9. Januar 1992 in der Zeitschrift Nature berichtet, dass es ihnen gelungen war, mit dem 300-Meter-Radio-Fernseh-Teleskop Arecibo zu beweisen, dass sie am 2. Februar 1990 2300 Lichtjahre vom Pulsar entfernt entdeckt hatten. PSR B1257 + 12 im Sternbild Jungfrau wird von mindestens zwei Exoplaneten umkreist.

Pulsare – 1967 von Jocelyn Bell entdeckt, für die ihr Doktorvater 1974 den Nobelpreis erhielt – sind Neutronensterne, die regelmäßige Radiowellenimpulse mit der Genauigkeit einer Atomuhr aussenden. Sie haben ein starkes Magnetfeld, dessen Achse gegen die Rotationsachse gebogen ist und das die geladenen Teilchen in ihrer Umgebung beschleunigt. Beschleunigte Ladung erzeugt Funkwellen. Immer wenn die Magnetachse infolge der Rotation kurzzeitig die Sichtlinie am Boden kreuzt, trifft uns diese Funkstrahlung, ähnlich wie ein rotierender Lichtkegel eines Leuchtfeuers den Betrachter periodisch trifft.

Die klingelnden Gipfel des Kosmos

Typischerweise liegt die Pulsfrequenz in der Größenordnung von einer Sekunde oder weniger. Einige Neutronensterne drehen sich jedoch extrem schnell – in Millisekunden. Die schnellste Erkennung dreht sich 716 Mal pro Sekunde und sendet folglich alle 1,4 Millisekunden einen Impuls in Richtung Boden. Es wird davon ausgegangen, dass sich Millisekundenimpulse nur aufgrund der schnellen Rotation ihres Fortschritts nicht so schnell drehen, sondern dass sie Materie eingefangen haben, die von einem begleitenden Stern überladen wurde.

Diese Materie sammelt sich zunächst in einer rotierenden Akkretionsscheibe um den Pulsar an, wo sie Energie durch Reibung, Wärme und Strahlung zersetzen muss, um allmählich in den Neutronenstern zu spiralisieren. Der Drehimpuls bleibt erhalten und wird auf den Neutronenstern übertragen, der sich immer schneller in Richtung des einfallenden Materials dreht. Auf diese Weise wurden die Millisekundenimpulse in eine immer schnellere Rotation getrieben. Der PSR B1257 + 12 ist ebenfalls ein solcher Millisekundenimpuls, dass er seine Impulse 160,8 Mal pro Sekunde in Richtung Boden sendet. Wenn Sie auf ihren Puls hören würden, würden Sie wie ein ungeschickter Ball in den Abgrund einweichen.

Wolszczan und Frail verwendeten genaue Impulse, um die Signaturen der Planeten auf ihnen zu finden. Wie bei gewöhnlichen Sternen umkreisen die rotierenden Planeten den Pulsar, um um das Schwerpunktzentrum zu schwingen. Dies zeigt sich auch hier am Doppler-Effekt: Anstatt die Spektrallinien zu oszillieren, haben Wolszczan und Frail gemessen, wie sich die Pulsarimpulse leicht verlangsamten, wenn sie sich vom Boden in ihre Umlaufbahn bewegten, und beschleunigten, wenn sie sich ihm wieder näherten. Die Pulsfrequenz wurde moduliert.

Eine genauere Modulationsanalyse lieferte die überlappenden Schwingungen der beiden Planeten, aus deren Zeitraum die Umlaufzeiten und deren Amplitude der Masse der Planeten relativ zu der des Pulsars entsprechen. Die Schwingungssymmetrie deutete auf nahezu perfekte Kreisbahnen hin. Demnach hatten die Planeten (nach heutigen Zahlen) 4,13 und 3,82 Erdmassen und ihre Abstände vom Pulsar betrugen 0,36 AE (astronomische Einheiten, dh die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Sonne) und 0,46 AE. Zum Vergleich: Merkur, der innerste Planet der Sonne, umkreist ihn in einer durchschnittlichen Entfernung von 0,39 AE. Die Umlaufzeiten der Pulsarplaneten betrugen 66,5 und 98,2 Erdentage.