Hallo Zusammen,
NICER an Bord der ISS liefert die besten Pulsarmessungen aller Zeiten.Astrophysiker zeichnen das Lehrbuchbild von Pulsaren dank des
Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), einem Röntgenteleskop an Bord der
Internationalen Raumstation (ISS), neu. Mithilfe von NICER-Daten haben Wissenschaftler die ersten präzisen und zuverlässigen Messungen sowohl der Größe als auch der Masse eines Pulsars sowie die allererste Karte von Brennpunkten auf der Oberfläche erhalten.
Der betreffende
Pulsar, J0030 + 0451 (kurz J0030), liegt in einer Region des 1.100 Lichtjahre entfernten
Sternbild Fische. Als NICER das Gewicht und die Proportionen des Pulsars maß, stellte er fest, dass die Formen und Positionen von millionenschweren
„Hot Spots“ auf der Pulsaroberfläche viel seltsamer sind, als allgemein angenommen.
Die Pulsare, eine Klasse von Neutronensternen, drehen sich Hunderte Male pro Sekunde und lenken bei jeder Umdrehung Energiestrahlen auf uns zu.
J0030 dreht sich
205 Mal pro Sekunde.
Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler herauszufinden, wie Pulsare genau funktionieren. Im einfachsten Modell hat ein Pulsar ein starkes Magnetfeld, das einem Haushaltsstabmagneten ähnelt. Das Feld ist so stark, dass es Partikel von der Pulsaroberfläche reißt und diese beschleunigt. Einige Partikel folgen dem Magnetfeld und treffen auf die gegenüberliegende Seite, erwärmen die Oberfläche und erzeugen heiße Stellen an den Magnetpolen.
Der gesamte Pulsar leuchtet im Röntgenlicht schwach, aber die heißen Stellen sind heller. Während sich das Objekt dreht, bewegen sich diese Punkte wie die Strahlen eines Leuchtturms in und aus dem Blickfeld und erzeugen extrem regelmäßige Schwankungen der Röntgenhelligkeit des Objekts. Die neuen NICER-Studien von J0030 zeigen jedoch, dass Pulsare nicht so einfach sind.
Unter Verwendung der NICER-Beobachtungen von Juli 2017 bis Dezember 2018 kartierten zwei Gruppen von Wissenschaftlern die Hotspots von
J0030 mithilfe unabhängiger Methoden und ermittelten ähnliche Ergebnisse hinsichtlich der Masse und Größe.
Ein Team unter der Leitung von
Thomas Riley, Doktorand in Computerastrophysik, und
Anna Watts, Professorin für Astrophysik an der Universität Amsterdam, ermittelte, dass der Pulsar etwa das 1,3-fache der Sonnenmasse und einen Durchmesser von 25,4 Kilometern hat.
Cole Miller, Astronomieprofessor an der
University of Maryland (UMD), der das zweite Team leitete, stellte fest, dass
J0030 etwa das 1,4-fache der Sonnenmasse und etwas größer ist und eine Breite von 26 Kilometern aufweist.
NICER misst die Ankunft jedes Röntgenstrahls von einem Pulsar auf mehr als hundert Nanosekunden, eine Genauigkeit, die etwa 20-mal höher ist als die bisher verfügbare, sodass Wissenschaftler diesen Effekt zum ersten Mal nutzen können.
Der Blick von der Erde aus schaut auf die nördliche Hemisphäre von
J0030.
Die Forscher identifizierten bis zu
drei „Hot Spots“, alle auf der südlichen Hemisphäre.
Thomas Riley und seine Kollegen führten eine Reihe von Simulationen mit überlappenden Kreisen unterschiedlicher Größe und Temperatur durch, um die Röntgensignale wiederherzustellen. Die Analyse des niederländischen
Supercomputers Cartesius dauerte weniger als einen Monat, auf einem modernen Desktop-Computer wären jedoch rund 10 Jahre erforderlich gewesen. Ihre Lösung identifiziert zwei heiße Punkte, einen kleinen und kreisförmigen und einen langen und sichelförmigen.
Cole Millers Gruppe führte ähnliche Simulationen mit Ovalen unterschiedlicher Größe und Temperatur auf dem UMD
Deepthought2-Supercomputer durch. Sie fanden zwei mögliche und gleich wahrscheinliche Punktkonfigurationen. Eines hat zwei Ovale, die dem Muster von Rileys Team sehr nahe kommen. Die zweite Lösung fügt einen dritten, kühleren Punkt hinzu, der leicht schräg zum Südpol des Pulsars liegt.
Das wichtigste wissenschaftliche Ziel von NICER besteht darin, die Massen und Größen mehrerer Pulsare genau zu bestimmen. Mit diesen Informationen werden Wissenschaftler endlich in der Lage sein, den Materiezustand in den Kernen von Neutronensternen zu entschlüsseln, die durch enormen Druck und Dichte zerkleinert werden und auf der Erde nicht repliziert werden können.
Die Arbeit zeigt, das NICER auf dem richtigen Weg ist, um bei der Beantwortung einer bleibenden Frage in der Astrophysik zu helfen:
Welche Form hat Materie in den ultradichten Kernen von Neutronensternen?Cole Miller, Astronomieprofessor sagte, das gesamte NICER-Team hat einen wichtigen Beitrag zur Grundlagenphysik geleistet, die in terrestrischen Labors nicht zu untersuchen ist.
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Credit: NASA's Goddard Space Flight CenterQuellen:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-nicer-delivers-best-ever-pulsar-measurements-1st-surface-maphttps://www.surf.nl/en/dutch-national-supercomputer-cartesiushttp://hpcc.umd.edu/hpcc/dt2.htmlhttps://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_NICER_Constraints_on_the_Dense_Matter_Equation_of_StateBeste Grüße Gertrud
