Hintergrundinformationen

Pulsare

Diese kosmischen Leuchtfeuer sind kompakte Neutronensterne, geboren in Supernova-Explosionen, die schnell und gleichmäßig um ihre Achse rotieren. Durch ihr intensives Magnetfeld strahlen sie kegelförmig Radiowellen oder Gammastrahlen ab. Ihre Rotation schwenkt die Kegel wie den Scheinwerfer eines Leuchtturms durchs All. Zielt der Neutronenstern dabei in Richtung Erde, so ist er als Pulsar sichtbar. Nicht immer zeigt er sich gleichzeitig in mehreren Spektralbereichen, in einigen Fällen messen die Wissenschaftler nur das Blinken als Radiopulsar, in anderen lassen sich lediglich die periodischen Ankunftszeiten von Gammaphotonen registrieren. Solche Pulsare werden als „reine“ Gammapulsare bezeichnet. Vermutete Ursache ist die unterschiedliche Lage der Abstrahlungsgebiete im extrem starken Magnetfeld des Neutronensterns.

Das Verhalten der Pulsare gibt Rätsel auf: Ihre gleichmäßige Rotation ist in jungen Jahren noch unruhig und von plötzlichen, ruckartigen Beschleunigungen (englisch: glitches) gestört. Allerdings zeigen nur etwa 5% der Pulsare dieses Verhalten. Bei einem solchen Glitch dreht sich der Neutronenstern unvermittelt schneller, bremst dann langsam wieder ab und kehrt nach einigen Wochen zur alten Rotationsperiode zurück. Warum, ist bislang unbekannt. Doch genaue Messungen dieser ruckartigen Bewegungen eröffnen Einblicke in den Aufbau der kompakten Himmelskörper.

Bisher fanden Astronomen die meisten Pulsare im Radiowellenbereich, doch dank des NASA-Satelliten Fermi spüren sie zunehmend viele dieser Himmelskörper anhand ihrer hochenergetischen Gammastrahlen auf. Fermi beobachtet seit 2008 mit seinem Large Area Telescope (LAT) das Universum im Gammabereich und hat dabei hunderte neuer Quellen entdeckt, von denen viele vermutlich bislang unerkannte Pulsare sind.

Datenanalyse

Bei der Analyse von Daten der Gravitationswellendetektoren sind die Wissenschaftler auf besonders effektive Algorithmen und ausgesprochen hohe Rechenkapazitäten angewiesen. Denn ein etwaiges Gravitationswellensignal wäre bei der derzeitigen Messgenauigkeit kaum stärker als das Hintergrundrauschen.

Innerhalb der LIGO-Virgo Science Collaboration (LVC), der auch der deutsch-britische Detektor GEO600 in Ruthe bei Hannover angehört, werden alle Detektordaten gemeinsam gesammelt, archiviert und für die Analyse bereitgestellt. Die Daten werden derzeit an den verschiedenen Clusterstandorten in mehrfacher Ausfertigung aufbewahrt. Die gespeicherte Datenmenge beläuft sich auf rund 500 Terabyte. Bei laufendem Detektorbetrieb kommt pro Sekunde ein Megabyte an Daten hinzu. Der größte und leistungsfähigste Rechencluster ist ATLAS am AEI in Hannover. Er verfügt über eine Spitzen-Rechenleistung von 64 TFLOP/s (Gleitkomma-Operationen pro Sekunde).

Die Datenauswertung wird in mehreren Schritten vorgenommen. Zunächst suchen die Astrophysiker großflächig den Himmel nach Signalen ab. Zeigt sich in einer Richtung eine Auffälligkeit, so untersuchen sie diese Umgebung mit einem engmaschigeren und damit rechenzeitaufwändigeren 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 Wissenschaftler 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 mehr als 320 000 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, Hannover) 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 (LVC) nach Gravitationswellen von unbekannten, schnell rotierenden Neutronensternen.

Ab März 2009 widmete sich Einstein@Home auch der Suche nach Signalen von Radiopulsaren in Beobachtungen des Arecibo Observatoriums in Puerto Rico und des Parkes Observatory in Australien. Seit der ersten Entdeckung eines Radio-Pulsars im August 2010 mit Einstein@Home hat das weltweite Computernetzwerk insgesamt mehr als 40 Radiopulsare aus den Daten gefischt. Neu hinzugekommen ist im August 2011 ein Projekt zur Suche nach Gammapulsaren in den Daten des Fermi-Satelliten, das unter anderem nach dem ersten Millisekundenpulsar sucht, der sich nur im Gammabereich zeigt.

 

KNI / HOR

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