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TU-Physikerinnen und -Physiker registrieren starke Strahlung von einer „Sternenleiche”

Einem internationalen Team von Astronomen, in dem auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Dortmund federführend mitwirken, ist erstmals der Nachweis von schnell pulsierender Strahlung bei hohen Energien gelungen. Das Team nutzte das Major Atmospheric Gamma-Ray Imaging Cherenkov (MAGIC-) Teleskopsystem auf der Kanareninsel La Palma, um den Krebsnebel-Pulsar zu untersuchen. Das ist ein nur etwa 20 Kilometer großer Neutronenstern im Zentrum des Überrestes einer Supernova-Explosion. Die wurde im Jahr 1054 nach Christus erstmals beobachtet. Die Forschungsergebnisse erscheinen diese Woche im Fachjournal Astronomy & Astrophysics.

Bei dem Pulsar handelt es sich um die „Leiche“ des massereichen Sterns, dessen Explosion die Menschen vor knapp eintausend Jahren als strahlend helle Supernova am Himmel aufleuchten sahen. Obwohl seine Masse etwa 1,5 Mal so groß ist wie die unserer Sonne, beträgt sein Durchmesser nur etwa 20 Kilometer – deutlich weniger als die Größe von Dortmund. Dieses extrem dichte Objekt – ein sogenannter Neutronenstern – rotiert 30 Mal pro Sekunde um seine Achse und besitzt ein Magnetfeld, das mehrere Billionen Mal stärker ist als das unserer Erde. Das extrem starke Magnetfeld zwingt geladene Teilchen in der Umgebung des Neutronensterns, an der Rotation des Pulsars teilzunehmen. Induzierte elektrische Felder führen außerdem dazu, dass Elektronen aus der Oberfläche des Neutronensterns herausgezogen und vom Pulsar weg beschleunigt werden. Durch die schnelle Rotation des gesamten Objekts sehen Forscherinnen und Forscher das von diesen beschleunigten Teilchen produzierte Licht 30 Mal pro Sekunde aufblitzen. Das ist ganz ähnlich wie bei einem Leuchtturm, dessen Lichtstrahl einen Beobachter bei jedem Umlauf streift.

 

320 Stunden Beobachtungszeit

Mit dem Teleskopsystem MAGIC ist nun die Beobachtung dieser kurzen Lichtblitze bei bisher niemals erreichten Energien gelungen: die von MAGIC nachgewiesenen Photonen besitzen eine Energie, die Billionen Mal größer ist als die des sichtbaren Lichts. Die neuen Resultate stammen aus insgesamt 320 Stunden Beobachtungszeit, verteilt auf die Jahre 2007 bis 2014.

 Prof. Wolfgang Rhode von der TU Dortmund führt aus: „Obwohl der Crab-Pulsar zu den am besten erforschten Himmelsobjekten gehört, schlummern in den Datensätzen offensichtlich immer noch überraschende Erkenntnisse, die unser Verständnis dieser faszinierenden Objekte revolutionieren können. Erst mit den Methoden der Big Data Science, wie wir sie in Kooperation mit der Informatik im Sonderforschungsbereich 876 an der TU Dortmund entwickeln, ist es möglich geworden, die riesigen Datenmengen effizient zu durchkämmen und so diesen Durchbruch zu erzielen.“ Der Sonderforschungsbereich (SFB) 876 beschäftigt sich mit der Verfügbarkeit von Informationen durch Analyse unter Ressourcenbeschränkung.

 

Das MAGIC Teleskopsystem

Das MAGIC (Major Atmospheric Gamma-Ray Imaging Cherenkov) Teleskopsystem befindet sich auf etwa 2200 Meter über dem Meer als Teil der Europäischen Nordsternwarte am Roque de los Muchachos auf der Kanareninsel La Palma. Die beiden Teleskope des Systems haben jeweils einen Hauptspiegeldurchmesser von 17 Metern und messen mit weltweit einzigartiger Empfindlichkeit im Energiebereich zwischen 25 GeV und 50 TeV. Der Nachweis der Gammastrahlung geschieht dabei mittels der abbildenden Luftschauer-Cherenkovmethode über die Beobachtung von Wechselwirkungen der höchstenergetischen Teilchen in der Erdatmosphäre.

MAGIC wird in einer internationalen Kollaboration von etwa 160 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern von Instituten aus Deutschland, Spanien, Italien, der Schweiz, Polen, Finnland, Bulgarien, Kroatien, Indien und Japan betrieben.