In Zusammenarbeit mit einem Team internationaler Astronomen haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) einen Weltrekord aufgestellt. Sie beobachteten die Radiostrahlung so genannter Pulsare über einen bis dahin nicht erreichten Wellenlängenbereich von 3,5 Zentimetern bis 4,3 Meter.
Und zwar gleichzeitig, das ist das Wesentliche. Ein einzelnes Radioteleskop kann die Strahlung zu einer bestimmten Zeit immer nur in einem relativ begrenzten Wellenlängenbereich beobachten. Deshalb koppelten die Forscher mehrere solcher Teleskope zusammen.
Durch die Verbindung der beiden klassischen großen Radioteleskope, dem 100-Meter-Teleskop bei Effelsberg und dem 76-Meter-Lovell-Teleskop bei Jodrell Bank, mit dem neuartigen europäischen "LOw Frequency Array" (Lofar) konnten die Astronomen insgesamt sechs Pulsare über einen Bereich von nahezu acht Oktaven simultan untersuchen.
"Als Vergleich könnten wir uns vorstellen, dass wir diese Pulsare simultan über einen Frequenzbereich beobachten, der dem kompletten Tonumfang eines Klaviers entspricht", sagt Jason Hessels vom niederländischen Institut Astron. "Dadurch erhalten wir eine Reihe von Momentaufnahmen der Pulsarstrahlung aus unterschiedlichen Höhen oberhalb der magnetischen Pole des Sterns."
Der Schlüssel zu den einzigartigen Messungen liegt in der Nutzung des neuen Lofar-Teleskops, das Radiowellen von Längen im Meterbereich erfasst. Lofar besteht aus Tausenden von Einzelantennen. Diese Antennen sind auf mehrere Stationen verteilt, und jede umfasst einige Dutzend bis einige Hundert Antennen.
Die Zentralstation liegt in der Nähe von Exloo in den Niederlanden, die einzelnen Stationen sind über Hunderte von Kilometern über die Niederlande, Deutschland, Frankreich, Großbritannien und Schweden verteilt. Die in den einzelnen Stationen aufgenommenen Daten werden über schnelle Glasfaserleitungen an einen BlueGene/P-Supercomputer geschickt und im Zentrum für Informationstechnologie der Universität Groningen analysiert.
Noch hat das Lofar-Netzwerk seinen Routinebetrieb nicht aufgenommen, aber es liefert bereits hochwertige Messdaten. Michael Kramer, Direktor am MPIfR in Bonn, freut sich über die deutliche Erweiterung des Wellenlängenbereichs durch die Einbeziehung von Lofar. Die erste internationale Antennenstation des Netzwerks steht in unmittelbarer Nähe des 100-Meter-Radioteleskops bei Bad Münstereifel-Effelsberg. "Unsere Beobachtungen zeigen, dass Lofar die bereits existierenden Radioteleskope in Europa in beinahe perfekter Weise ergänzt."
Das Hauptziel der aktuellen Beobachtungen besteht darin, den Mechanismus der Pulserzeugung bei Pulsaren besser zu verstehen. Darüber hinaus gewinnt man aber auch Erkenntnisse, die über die Untersuchung der Pulsare selbst hinausgehen.
"Diese Messungen sind nicht nur ein fantastischer Zugang zum Verständnis der Strahlungsmechanismen bei Pulsaren, sondern sie ermöglichen uns auch die Untersuchung des interstellaren Gases, das zwischen uns und dem Pulsar liegt", sagt Ben Stappers von der Universität Manchester.
"Wir sind wirklich stolz darauf, dass wir die erste internationale Lofar-Station hier in Effelsberg haben", sagt Kosmas Lazaridis vom MPIfR. "Die Verbindung von beiden Instrumenten, dem großen Parabolspiegel für den Zentimeterwellenbereich, und der neuen Digitaltechnologie für den Meterbereich, ermöglicht eine Fülle von neuen Daten für unsere Pulsar-Forschungsprogramme."
Nach seiner Fertigstellung im kommenden Jahr wird Lofar das leistungsfähigste Radioteleskop der Erde sein, mit dem das Universum in den größten Wellenlängen erforscht wird, die vom Erdboden aus zugänglich sind, das heißt, im Bereich zwischen einem und 30 Meter Wellenlänge. Von den Beobachtungen ist eine Fülle neuer Resultate zu erwarten.
Pulsare sind extrem schnell rotierende Neutronensterne mit einem Durchmesser von nur ungefähr 20 Kilometern. Ihre Masse ist jedoch größer als die unserer Sonne. Sie erzeugen sehr stark gebündelte Radiostrahlung, die von den magnetischen Polen des Neutronensterns ausgeht und über einen großen Wellenlängenbereich hinweg beobachtet werden kann. Wie ein Leuchtturm sendet ein Pulsar regelmäßig Blitze aus, die allerdings nicht als Licht bei uns ankommen, sondern als Radiowellen.
In den 40 Jahren seit Entdeckung der Pulsare sind die Astronomen dem Verständnis des Strahlungsmechanismus, der den "Leuchtturmeffekt" verursacht, ein gutes Stück nähergekommen. Sie nehmen an, dass die Radiostrahlung unterschiedlicher Wellenlängen in unterschiedlichen Höhen über der Oberfläche im starken Magnetfeld des Pulsars erzeugt wird.
Die jetzt erreichte, gleichzeitige Beobachtung der Strahlung in verschiedenen Wellenlängen ist wie ein Querschnitt durch die Magnetosphäre des Pulsars. Wie ein Tomograf in der Medizin liefern die zusammengeschlossenen Teleskope ein Bild vom Inneren des Magnetfelds.
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