Am Puls der Pulsare

Europäisches Teleskop Lofar liefert die bisher empfindlichsten Beobachtungen bei niedriger Frequenz

3. Mai 2011

Einem internationalen Astronomenteam unter Beteiligung von deutschen Wissenschaftlern ist es gelungen, die bisher empfindlichsten Beobachtungen von Pulsaren bei niedriger Frequenz aufzunehmen. Die Messung gelang mit dem europäischen Radioteleskop-Netzwerk Lofar. Pulsare sind schnell rotierende Neutronensterne, die bei der Explosion von sehr massereichen Sternen (Supernovae) entstehen.

Durch sein einzigartiges Design ermöglicht Lofar die gleichzeitige Erfassung der Radiostrahlung aus unterschiedlichen Himmelsrichtungen. Für das vorliegende Bild wurden fünf über den ganzen Himmel verteilte Pulsare mit Lofar gleichzeitig beobachtet.

Das europäische Niederfrequenz-Radioteleskop Lofar ist das erste einer ganzen Reihe neuartiger Radioteleskope zur Erforschung des Universums bei den niedrigsten Frequenzen, die überhaupt vom Erdboden aus zugänglich sind. Das Auffinden von neuen Pulsaren und deren Erforschung in diesem „Radiofenster“ gelten als ein Schlüsselprojekt. Daran beteiligt ist auch das deutsche Konsortium Glow (German Long Wavelength), dem unter anderem die Gruppe von Michael Kramer, Direktor am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie, angehört.

„Wir kehren hier zu den Radiofrequenzen zurück, bei denen die Pulsare ursprünglich in den 1960er-Jahren entdeckt worden sind“, sagt Ben Stappers von der Universität Manchester, der Erstautor der Veröffentlichung, die demnächst im Fachjournal Astronomy & Astrophysics erscheinen wird. „Im Gegensatz verfügen wir jetzt mit Lofar über ein Teleskop, von dessen Möglichkeiten man sich damals nicht hätte träumen lassen.“

Die zufällige Auffindung des ersten Pulsars im Jahr 1967 ist eine der großen Entdeckungen der Astronomie. Die Astronomen fanden die ersten Pulsarsignale mit einem Radioteleskop bei der niedrigen Frequenz von 81 Megahertz, recht nahe zu den Radiofrequenzen im UKW-Bereich.

Mit Lofar sind die Astronomen nun zum Frequenzbereich der ersten Pulsarmessungen zurückgekehrt – jedoch mit moderner Computertechnik und der Verbindung der Einzelteleskope über Hochgeschwindigkeits-Glasfaserleitungen, welche die Leistungsfähigkeit der Teleskope um ein Vielfaches steigern. So wird es mit Lofar möglich, die Radiopulse im Detail zu untersuchen und darüber hinaus Effekte der Gravitationsphysik und Eigenschaften des interstellaren Mediums in unserer Milchstraße zu erforschen. „Auch wenn das erst frühe Testergebnisse sind, so zeigen sie doch bereits die spektakulären Möglichkeiten mit Lofar auf“, sagt Stappers.

Lofar funktioniert mithilfe von Tausenden kleiner Antennen, die über verschiedene Länder Europas verteilt und mit Hochgeschwindigkeits-Internetleitungen miteinander verbunden sind. Die Auswertung erfolgt über einen leistungsstarken Supercomputer nahe der zentralen Lofar-Station bei ASTRON in den Niederlanden.

Die Teleskope verfügen über keine beweglichen Teile; vielmehr erfolgt die Ausrichtung am Himmel über digitale Zeitverzögerungsbausteine. Dadurch wird eine wesentlich höhere Flexibilität in der Datenanalyse möglich. So etwa lassen sich ganz unterschiedliche Richtungen am Himmel gleichzeitig erfassen, wobei nur die Rechenkapazität des Computers begrenzend wirkt. Bei der Suche nach neuen Pulsaren ermöglicht das eine wesentlich schnellere Kartierung des Himmels.

„Die Abbildungsverfahren mit Lofar unterscheiden sich deutlich von denen mit klassischen Radioteleskopen“, sagt Ralf-Jürgen Dettmar von der Ruhr-Universität Bochum und Vorsitzender des deutschen Glow-Konsortiums. „Mit herkömmlichen Anlagen können in kurzer Zeit nur recht kleine Felder am Himmel erfasst werden, während Lofar in gleicher Zeit Schnappschüsse von ausgedehnten Regionen des Himmels ermöglicht und so die Überwachung dieser Regionen zur Entdeckung von neuen Pulsaren und eventuell anderer seltener Phänomene gestattet.“

Die Lofar-Station Effelsberg. Vorne das Dipolfeld für niedrige Frequenzen (30 bis 80 Megahertz, entsprechend 3,8 bis 10 Meter Wellenlänge), hinten das „Kachelfeld“ für höhere Frequenzen (110 bis 240 Megahertz oder 1,3 bis 2,7 Meter Wellenlänge.

Für die nächsten Schritte bei der Untersuchung von Pulsaren möchte das Forschungsteam die speziellen Fähigkeiten dieses Radioteleskops nutzen, um dem Strahlungsmechanismus der Neutronensterne auf die Spur zu kommen. „Lofar ist ein phantastisches Teleskop, um unsere bisherigen Beobachtungsinstrumente zur Erforschung von Pulsaren bei langen Wellenlängen zu ergänzen“, sagt Max-Planck-Direktor Michael Kramer. Die Anlage verfüge über das Potenzial, eine große Anzahl bisher unentdeckter Pulsare in der Nachbarschaft unserer Sonne aufzufinden. „Mit deren Hilfe möchten wir den Nachweis von Gravitationswellen erbringen."

Mit Lofar lassen sich Radiowellen über einen sehr ausgedehnten Frequenzbereich erforschen – über mehr als eine Größenordnung von 10 bis 240 Megahertz. Neben der Suche nach Pulsaren wird die Anlage zur Himmelskartierung im langwelligen Radiobereich eingesetzt werden, weiterhin für kosmologische Fragestellungen, zur Überwachung der Sonnenaktivität und zur Untersuchung von Planeten. LOFAR fungiert darüber hinaus auch als Vorläuferprojekt für das Square Kilometre Array (SKA), das geplante globale Radioteleskop der nächsten Generation.

(HOR / NJ)

Begriffserklärung

Lofar

Das International Lofar Telescope (ILT) wurde hauptsächlich von ASTRON konzipiert, dem Niederländischen Institut für Radioastronomie, in Zusammenarbeit mit einer Reihe von internationalen Partnern. Zurzeit sind vier von fünf deutschen Lofar-Stationen in Betrieb. Die Station in Effelsberg wird vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie betrieben, die Station in Unterweilenbach vom Max-Planck-Institut für Astrophysik, die Station in Tautenburg von der Thüringer Landessternwarte und die Station in Bornim vom Astrophysikalischen Institut Potsdam. Die deutschen Lofar-Partner haben sich zu Glow zusammengeschlossen, dem German Long Wavelength Consortium. In seiner endgültigen Form wird sich das internationale Lofar-Teleskop aus mindestens 36 Einzelstationen in den Niederlanden und acht Stationen in Deutschland, Frankreich, Großbritannien und Schweden zusammensetzen. Deutschland stellt den wichtigsten internationalen Partner dar. Jede Station besteht aus Hunderten von Dipolantennen, die elektronisch miteinander verbunden ein riesiges Radioteleskop bilden – mit der Fläche von halb Europa.

Glow


Glow ist das Deutsche Konsortium zur Messung langer Radiowellen. Vorsitzender ist Ralf-Jürgen Dettmar (Ruhr-Universität Bochum), Stellvertreter Marcus Brüggen (Jacobs-Universität Bremen). Mitglieder des Konsortiums sind die astronomischen Institute der Universitäten in Bielefeld, Bochum, Bonn und Köln, das Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, die Jacobs-Universität Bremen, das Max-Planck-Institut für Astrophysik und der Exzellenzcluster Universe in Garching, die Sternwarte Hamburg, das Forschungszentrum Jülich, das Astrophysikalische Institut Potsdam und die Thüringer Landessternwarte Tautenburg. Die gemeinsamen Ziele sind der Aufbau und die Koordinierung des deutschen Lofar-Netzwerks und des zugehörigen Wissenschafts-Netzwerks sowie die Förderung der Ausbildung von Studenten.

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