Hulse-Taylor-Pulsar

Schema eines Doppelsternsystems, das den gemeinsamen Schwerpunkt umkreist

PSR 1913+16 ist ein Pulsar im Sternbild des Adlers. Er befindet sich in einer Entfernung von 21000 Lichtjahren. Seine Rotationsperiode beträgt 59,03ms, also ungefähr 17 Umdrehungen pro Sekunde.

Zusammen mit einem weiteren unsichtbaren Neutronenstern bildet er ein Doppelsternsystem. Beide Sterne haben die typische Masse eines Neutronensterns von 1,4 Sonnenmassen (1,442 der sichtbare Pulsar, und 1,386 der unsichtbare Begleiter). Sie umlaufen den gemeinsamen Schwerpunkt in 7,75h. Das Periastron dreht sich um 4,2° pro Jahr, so dass -- anders als in der Schemazeichnung -- sich die Körper nicht auf geschlossenen Ellipsen, sondern auf einer Spiralbahn bewegen. Diese Präzession des Periastrons ist ein Effekt der Allgemeinen Relativitätstheorie, und gleichzeitig auch ein Maß dafür wie stark relativistisch sich das Objekt verhält.

Relativistische Effekte

Russell Alan Hulse und Joseph Taylor entdeckten im Jahr 1974 mit dem Arecibo-Observatorium den Pulsar PSR 1913+16. Aus der Beobachtung periodischer Zeitverschiebungen der Pulsarsignale leiteten sie die Bahndaten des Doppelsterns ab. Die Bahnbewegung der großen Massen erlaubt, die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie zu überprüfen. Hulse und Taylor wiesen die Zeitdilatation nach, die durch die Zunahme der Massendichte im Periastron beider Sterne auftritt. Das Signal des Pulsars verlangsamt sich um ca. 1 µs pro Sekunde.

Verringerung der Umlaufzeit durch Abstrahlung von Gravitationswellen.

Der Umlauf der beiden Körper verursacht eine nichtsphärische Verschiebung der Massendichten, weshalb das System Gravitationsenergie in Form von Gravitationswellen abstrahlt. Bisher ist es noch nicht gelungen, Gravitationswellen unmittelbar nachzuweisen. Hulse und Taylor zeigten jedoch, dass sich die Abstrahlungsverluste in einer Verringerung des Abstands beider Sterne äußern. Was zur Folge hat, dass sich die Umlaufdauer reduziert. Dies resultiert aus der Drehimpulserhaltung oder dem dritten Keplerschen Gesetz.

Im Jahre 1979 wurde die Verlustrate mit -(2.40 +- 0.09)*10^-12 Sekunden pro Sekunde angegeben. Bis zum Jahr der Veröffentlichung der Daten 1979 nahm die Umlaufzeit um fast 2s ab, bis 2000 waren es fast 30s. Das Diagramm zeigt die Meßwerte als blaue Punkte. Die schwarze Linie ist die Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie zur Abstrahlung von Gravitationsenergie. Für diesen indirekten Nachweis von Gravitationswellen wurden Hulse und Taylor 1993 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Bei einem vor kurzem im Quasar OJ 287 entdeckten binären (doppelten) Schwarzen Loch lässt sich derselbe Effekt mit einer relativistischen Drehung der Bahnellipse (Periastrondrehung) von 39° pro Jahr mittlerweile noch um ein Vielfaches stärker nachweisen. Bis zur Entdeckung von OJ 287 war PSR 1913+16 das einzige Objekt an dem die Abstrahlung von Gravitationswellen indirekt nachgewiesen werden konnte.

Weblinks

• Nobelpreis
• Messungen an PSR 1913+16