Hintergrundinformationen: Gammapulsare aus dem Heimcomputer

Pulsare

Neutronensterne sind Exoten. Sie bestehen aus Materie, die viel dichter gepackt ist als gewöhnlich, mit einer Dichte vergleichbar der eines Atomkerns. Ein Stern von etwa der Masse unserer Sonne hätte so einen Durchmesser von rund 30 Kilometer.

Außerdem besitzen Pulsare extrem starke Magnetfelder. Entlang der Magnetfeldlinien beschleunigte, geladene Teilchen senden elektromagnetische Strahlung in verschiedenen Wellenlängenbereichen aus: Diese Strahlung ist in Richtung der Magnetfeldachse kegelartig gebündelt. Dreht sich der Neutronenstern nun um seine Rotationsachse, die relativ zur Magnetfeldachse geneigt ist – und das ist der Regelfall –, so durchstreifen die Lichtkegel wie ein Leuchtturm das Universum. Der Neutronenstern ist als Pulsar sichtbar. Die Pulsare rotieren im Sekunden- bis Millisekundentakt so präzise, dass sie als die zuverlässigsten Uhren überhaupt gelten.

Erstmals wurden diese kosmischen Leuchtfeuer im Jahre 1967 von Jocelyn Bell Burnell als Radiopulsare entdeckt. Inzwischen sind außerdem Röntgen- und Gammapulsare bekannt. Auch wenn sich nicht alle Pulsare in allen Frequenzbereichen beobachten lassen, gehen die Wissenschaftler davon aus, dass sie über das gesamte elektromagnetische Spektrum verteilt Energie abstrahlen.

Gamma- und Radiopulsare

Jedoch sind die Mechanismen, welche die Strahlung in den verschiedenen Frequenzbereichen erzeugen, noch nicht vollständig verstanden. Die Forscher vermuten, dass die energieärmeren Radiowellen an den Magnetfeldpolen zu einem engeren Lichtkegel gebündelt werden als die hoch energetische Gammastrahlung. Nun wird aber die meiste Strahlung entlang der Kegelhülle ausgesendet. Da die Kegel in diesem Modell je nach Art der Strahlung unterschiedlich stark aufgefächert sind, verlassen Radio- und Gammastrahlung den Pulsar in unterschiedliche Raumrichtungen. Aus diesem Grund könnte ein Pulsar für den Beobachter entweder als Gamma- oder als Radiopulsar erscheinen. 

Datenanalyse

Bei der Analyse von Daten von Gravitationswellendetektoren, des Gammasatelliten Fermi oder von Radioteleskopen sind die Wissenschaftler auf besonders effektive Analysealgorithmen und ausgesprochen hohe Rechenkapazitäten angewiesen. Denn schwache Signale sind teils kaum stärker als das Hintergrundrauschen.

Die Datenauswertung wird typischerweise in mehreren Schritten vorgenommen. Zunächst suchen die Physiker großflächig den Himmel nach Signalen ab. Zeigt sich in einer Richtung eine Auffälligkeit, so untersuchen sie diese Umgebung mit einem engmaschigeren und damit rechenzeitaufwendigerem Algorithmus. Bestätigt sich das Signal, analysieren die Wissenschaftler dessen zeitlichen Verlauf und überprüfen etwa, ob es sich einer bestimmten Pulsarperiode zuordnen lässt. Den Algorithmus zur Suche nach kontinuierlichen Quellen von Gravitationswellen hatten die Hannoveraner Forscher modifiziert und erfolgreich für die Suche nach Gammapulsaren in Fermi-Daten verwendet. 

Einstein@Home

Das Projekt für verteiltes Rechnen verbindet PC-Nutzer aus der ganzen Welt, die freiwillig brachliegende Rechenzeit ihrer Heim- und Bürocomputer zur Verfügung stellen. Mit insgesamt bisher mehr als 350.000 Teilnehmern ist es eines der größten Projekte dieser Art. Wissenschaftlicher Träger sind das Center for Gravitation and Cosmology an der University of Wisconsin–Milwaukee und das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) mit finanzieller Unterstützung der National Science Foundation und der Max-Planck-Gesellschaft.

Seit 2005 durchsucht Einstein@Home Daten der Gravitationswellendetektoren innerhalb der LIGO-Virgo-Science-Collaboration nach Gravitationswellen von unbekannten, schnell rotierenden Neutronensternen. Von März 2009 an widmete sich Einstein@Home auch der Suche nach Signalen von Radiopulsaren in Beobachtungen des Arecibo-Observatoriums in Puerto Rico und des Parkes-Observatorium in Australien. Seit der ersten Entdeckung eines Radiopulsars im August 2010 mit Einstein@Home hat das weltweite Computernetzwerk insgesamt fast 50 Radiopulsare aus den Daten gefischt.

Neu hinzugekommen ist im August 2011 das Projekt zur Suche nach Gammapulsaren in den Daten des Satelliten Fermi, was nun in der ersten Entdeckung von vier Gammapulsaren durch ein verteiltes Rechenprojekt mündete. Doch die Suche geht weiter – unter anderem nach dem ersten Pulsar mit Rotationsperiode im Millisekundenbereich, der sich nur im Gammabereich zeigt.