Kraftwerk im Krebsnebel: Pulsar überrascht mit extrem hohen Energien

München – Er zählt zu den am besten untersuchten Objekten am Himmel – und ist doch für eine Überraschung gut: Der Pulsar im Krebsnebel sendet Gammastrahlungspulse mit Energien von über 400 Gigaelektronenvolt aus – mehr als das 50-fache der theoretisch vorhergesagten maximalen Energie. Das berichtet ein internationales Forscherteam im Fachblatt „Astronomy and Astrophysics“. Da die bisherigen Modelle eine solche hochenergetische Strahlung nicht vorhersagen, sind die Astrophysiker nun in Erklärungsnot.

„Dahinter muss ein Prozess stecken, den wir noch nicht kennen“, gesteht Teamleiter Razmik Mirzoyan vom Max-Planck-Institut für Physik in München. Zusammen mit seinen Kollegen hat Mirzoyan den Krebs-Pulsar mit den MAGIC-Teleskopen auf der kanarischen Insel La Palma beobachtet. Diese Spezialinstrumente können das Eindringen hochenergetischer Gammastrahlung in die Erdatmosphäre registrieren. Die obere Nachweisgrenze liegt bei einer Energie von 400 Gigaelektronenvolt – und zu ihrer Überraschung stießen die Forscher selbst bei dieser extrem hohen Energie noch auf die regelmäßigen Strahlungspulse des Pulsars im Krebsnebel.

Der Krebs-Pulsar ist der Überrest einer Supernova, einer Sternexplosion, die im Jahr 1054 am Himmel aufleuchtete. Bei der Explosion hat der Stern seine Außenschichten ins All geschleudert, während sein Inneres zu einem Neutronenstern kollabiert ist. In Neutronensternen ist die Materie so dicht gepackt wie in Atomkernen – bei einem Durchmesser von nur 20 Kilometern enthalten sie eine mit der Sonne vergleichbare Masse. Neutronensterne rotieren sehr schnell und senden dabei ständig geladene Teilchen aus, hauptsächlich Elektronen und Positronen. Diese Teilchen bewegen sich entlang von Magnetfeldlinien, die mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren wie der Neutronenstern. Dabei geben die Teilchen gebündelte Strahlung in allen Bereichen des Spektrums ab, von Radiowellen bis hin zur hochenergetischen Gammastrahlung. Überstreicht ein solches Strahlenbündel die Sichtlinie zur Erde, dann erscheint der Neutronenstern als Pulsar: Er blitzt regelmäßig kurz auf – ähnlich wie das Signal eines Leuchtturms.

Der Neutronenstern im Krebsnebel ist einer der bekanntesten Pulsare. Er dreht sich 30-mal pro Sekunde um die eigene Achse und besitzt ein Magnetfeld, das mit 100 Millionen Tesla mehr als 1000 Milliarden Mal stärker ist als das irdische. Die jetzt mit den MAGIC-Teleskopen registrierten Gamma-Pulse sind nicht nur extrem hochenergetisch, sondern mit einer Millisekunde auch unerwartet kurz. Neue theoretische Ansätze können bislang nur entweder die hohe Energie oder die kurze Dauer erklären, aber nicht beides zugleich. Die Forscher hoffen nun, dass weitere Beobachtungen Hinweise auf die physikalischen Prozesse liefern, durch die diese Gammastrahlung erzeugt wird.