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Pulsarium

In den Sternenhimmel greifen

Das „Pulsarium“ ist eine interaktive Installation um das astronomische Phänomen der Pulsare zu erfahren. Auf einer berührungsempfindlichen Leinwand siehst du die etwa 10.000 hellsten Sterne1 der gesamten Himmelssphäre zusammen mit einigen bekannten Sternbildern. Was du allerdings nicht siehst sind die 100 Pulsare, die sich dort verstecken.
Mit den Händen tastest du dich an der Leinwand entlang und suchst die Pulsare. Findet man welche, so hört man das Radiowellensignal, das diese Himmelskörper aussenden, als hämmernden, wummernden oder klopfenden Ton.

Mancher Pulsar erinnert gar an das Schlagen eines Herzens.

Was sind Pulsare?

Ein Pulsar (Ein Kofferwort aus „pulsating star“) ist ein Himmelskörper, dessen Strahlung auf der Erde als pulsierendes Signal empfangen wird. Dahinter steckt ein hochmagnetisierter, schnell rotierender Neutronenstern, der zwei Strahlenbündel von seinen Polen abstrahlt und wie ein Leuchtturm umher wirft. Die Signale können wir natürlich nur empfangen wenn der Strahlenkegel auch in Richtung der Erde zeigt. Die Strahlung der Pulsare ist im Gegensatz zu den gewöhnlichen Sternen (bis auf sehr wenige Ausnahmen)2 nicht sichtbar und kann daher mit normalen Teleskopen für das sichtbare Licht nicht empfangen werden. Dafür benötigt man z.B. Radioteleskope.

Die Puls-Intervalle der Pulsare sind sehr unterschiedlich. Es gibt relativ langsame Pulsare, deren Puls nur etwa alle 10 Sekunden schlägt. Andere dagegen rotieren so schnell, dass eine Pulsperiode nur wenige Millisekunden dauert und sie sich damit mehrere hundert mal in der Sekunde einmal um sich selbst drehen.

Simulation eines Pulsars. Animation von Dr. Axel Jessner, Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Neutronensterne

Neutronensterne sind Überreste einer Kern-Kollaps-Supernova. Sie bestehen, wie der Name sagt, weitestgehend aus Neutronen und besitzen extreme Eigenschaften. Sie besitzen in etwa so viel Masse wie ein bis zwei Sonnen, haben aber nur einen Durchmesser von 10 bis 20 Kilometern. Damit ist nur noch die Materie schwarzer Löcher dichter gepackt.

Bei der Kern-Kollaps-Supernova fällt das Innere des vergehenden Sterns in sich zusammen während der äußere Teil abgestoßen wird. Elektronen werden dabei in die Protonen gepresst wodurch Neutronen entstehen. Die Masse des Objekts konzentriert sich jetzt auf vergleichsweise winzigem Raum und da der Drehimpuls erhalten bleiben muss, dreht sich die Kugel sehr viel schneller als zuvor.
Auf ähnliche Weise wird so auch das Magnetfeld stärker und bildet dann im Zusammenspiel mit der Rotation die gerichteten Strahlenbündel.

Die Installation

In einem dunklen Raum stehst du einer Leinwand gegenüber, die ca. 10.000 der hellsten Sterne der gesamten Himmelssphäre durch eine Hammer-Aitov-Projektion abbildet. Die Milchstraße liegt dabei waagerecht in der Mitte und lässt sich durch die Häufung der Sterne leicht erahnen. Schaut du auf die Mitte der Leinwand, blickst du in Richtung des Zentrums der Milchstraße.

Greifst du nun hinein, strömen die Sterne von der Stelle fort an der du die Leinwand berührst. Der Blick wird frei für das was „hinter den Sternen“ liegt: Die Pulsare. Findest du einen Pulsar, siehst du seinen schwarzen Schatten auf der blau ausgeleuchteten Fläche hinter deiner Hand und das Radiosignal dieses Pulsars wird als Klang hörbar.
Du hörst einen hämmernden, wummernden oder klopfenden Ton. Mal sehr schnell, mal sehr leise - mal laut, manchmal aber auch nur sich ganz schwach vom Rauschen der Hintergrundstrahlung abhebend.

In diesem Video kannst du einige der Pulsare hören. Allerdings benötigst du dafür gute Lautsprecher, die tiefe Bässe abbilden können. Mit Laptop-Lautsprecher wirst du vermutlich nichts hören

Die Pulsarklänge

Natürlich sind die Pulsarklänge des Pulsariums nicht mit einem Mikrofon aufgenommen worden. Sie basieren jedoch auf echten Daten.
Die Pulse eines Pulsars sind fast wie ein Fingerabdruck. Nimmt man viele Radio-Pulse eines Pulsars auf und berechnet daraus den Durchschnitt, bekommt man ein Pulsprofil, dass für diesen Pulsar einzigartig ist.

Diese Pulsprofile habe ich aus einer Datenbank3 entnommen und das Profil bestimmter Spektren in Ton umgewandelt. In Schleife abgespielt ergibt sich so ein pseudo-realer Klang eines Pulsars. In dieser Installation sind die 100 zuerst entdeckten Pulsare versteckt.

Entdeckung der Pulsare

Jocelyn Bell und Antony Hewish
Dame Jocelyn Bell Burnell und Antony Hewish

Der erste Pulsar wurde am 28. November 1976 von Jocelyn Burnell and Antony Hewish entdeckt. Zu dieser Zeit war Jocelyn Bell Doktorandin bei Antony Hewish und war damit betraut mit einer Radioantenne Quasare zu suchen und identifizieren.

Eines Tages fand sie jedoch ein eigenartiges Signal, dass definitiv nicht wie das eines Quasars aussah. Stattdessen sah Sie auf dem Registrierpapier eine Linie, die sehr präzise, alle 1,33 Sekunden ausschlug. Kein bisher bekanntes natürliches Phänomen war in der Lage solch präzise Pulse zu erzeugen. Das Signal kehrte jeden Tag, zur selben Zeit, an der selben Stelle des Himmels zurück. Weil das Signal aber im Vergleich zu anderen bekannten, kosmischen Strahlenquellen extrem präzise war blieb Antony Hewish zunächst skeptisch ob es wirklich natürlichen Ursprungs sein konnte. War es etwas künstliches, menschlichen Ursprungs? Eine Interferenz von Radiostrahlen der Erde?

Das Team verbrachte also mehrere Monate damit jeglichen möglichen Messfehler oder Fehler in den Apparaturen zu eliminieren. Schließlich überprüften Sie das Signal bei einem Radioteleskop eines Kollegen wo es theoretisch 20 Minuten später auftauchen sollte - und das tat es! Wenn auch 5 Minuten zu spät wegen eines kleinen Rechenfehlers; beinahe hätten Sie die Apparatur wieder ausgeschaltet. Wegen der ungewöhnlichen Charakteristik gab das Team dem ersten Signal zunächst den Namen „LGM-1“. LGM für „Little Green Men“. Eine zunächst nicht ganz unernste Theorie über Alien-Signale. Jedoch wurde die Theorie mit der Entdeckung von LGM-2 und LGM-3 verworfen. Es ist sehr unwahrscheinlich, dass verschiedene außerirdischen Zivilisationen an verschiedenen Orten der Galaxie zur selben Zeit Kontakt mit der Erde aufnehmen wollten.

Am Ende fand man in den schnell rotierenden Neutronensternen eine passende Erklärung für die besonderen Signale.

Die Pulsare.

Weitere Information und Quellen