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Radiobündel überstreichen die Erde wie Scheinwerfer

Diese Erkenntnisse sind für Astrophysiker wichtig. Dennoch lässt die Begeisterung selbst des größten Einstein@Home-Enthusiasten nach, wenn über Jahre hinweg kein Signal ins Netz geht. Das bereitete Bruce Allen Sorgen, weswegen er nach einem weiteren Anwendungsgebiet suchte. Das fand er, nachdem er Ende 2007 den Vortrag eines Radioastronomen über die Suche nach Pulsaren gehört hatte.

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Hinter diesen Objekten verbergen sich Neutronensterne, die zwei gebündelte Radiostrahlen entlang der Magnetfeldachse in entgegengesetzte Richtungen ins All aussenden. Sind Rotationsachse und Magnetfeldachse gegeneinander geneigt, dann streichen die beiden Radiobündel wie die Scheinwerfer eines Leuchtturms durchs All. Überqueren sie dabei zufällig die Erde, so empfangen die Teleskope ein periodisches Signal mit der Rotationsfrequenz des Pulsars.

Bruce Allen wurde sofort klar, dass sich Einstein@Home auf dieses Gebiet übertragen lassen sollte. Insbesondere für Doppelsysteme, in denen sich ein Neutronenstern und ein Begleiter umrunden, müsste Einstein@Home wesentlich zur Entdeckung solcher Systeme beitragen.

„Die Radioastronomen können mit ihren Analysemethoden nur Paare finden, deren Umlaufperiode mehr als etwa eine Stunde dauert“, sagt Allen. „Wir müssten aber auch engere Paare bis herab zu einer Umlaufperiode von zehn Minuten aufspüren können.“

Die Analyse der Messdaten von Radioteleskopen hat zwar mit derjenigen von Gravitationswellendetektoren Ähnlichkeit, dennoch erforderte diese Erweiterung erheblichen Aufwand. Allens damaliger Doktorand Benjamin Knispel fand die Aufgabe spannend und setzte sich daran. Es wurde seine Doktorarbeit. „Die Software musste erheblich umgeschrieben werden“, erinnert sich Knispel. „Die Daten von Radioteleskopen unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von denen der LIGO-Detektoren.“

Die größte Herausforderung besteht darin, dass die Physiker nicht wissen, ob sich in dem jeweiligen Datensatz ein Pulsarsignal verbirgt. Und wenn ja, bei welcher Frequenz. Befindet sich ein Pulsar in einem Doppelsystem, tritt eine weitere Erschwernis auf: Bewegt er sich auf seiner Bahn auf uns zu, kommen die Pulse in kürzerer Folge an; läuft er von uns fort, wird die Pulsfolge langsamer. Die Pulsfrequenz ändert sich also periodisch mit der Umlaufdauer des Pulsars.

„Diese Blindsuche nach Signalen, deren Parameter überhaupt nicht bekannt sind, ist sehr aufwendig“, erklärt Knispel: „Wir wollen unsere begrenzte Rechenkapazität optimal nutzen, so als wollte man in einem Casino aus einem bestimmten Einsatz den größten Gewinn rausholen.“

Einstein@Home eignet sich hervorragend für diese Blindsuche, weil es besonders effizient kleine Datenpakete mit großer Rechenpower analysiert. Wegen der vielen dezentralen Privatcomputer bekommt man sie fast zum Nulltarif.

Erfolgreiche Suche nach unbekanntem Piepser

Seit März 2009 sucht Einstein@Home auch nach Radiopulsaren. Die Daten stammen aus dem Projekt PALFA (Pulsar Surveys with the Arecibo L-Feed Array), das an der 305-Meter-Antenne des Observatoriums von Arecibo läuft. Es dauerte nur etwa ein Jahr bis zur ersten Entdeckung. Die PCs von zwei Teilnehmern hatten in demselben Datensatz ein auffälliges Signal entdeckt.

Eine Nachanalyse mit Atlas bestätigte den Fund. Jetzt wurden die Profis aktiv. Im Juli 2010 suchten Astronomen mit dem Radioteleskop in Green Bank (USA) nach dem bisher unbekannten Piepser. Und sie waren erfolgreich: Es handelte sich um einen Pulsar, der 41-mal pro Sekunde um seine Achse wirbelt.

Die Astronomen richteten weitere Radioteleskope auf den neu entdeckten Himmelskörper, auch die Effelsberger 100-Meter-Antenne des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie. Diese Nachbeobachtungen förderten zutage, dass der Pulsar ein etwa 17.000 Lichtjahre entfernter Einzelgänger ist, mit einem Magnetfeld, das rund 20 Milliarden Mal stärker ist als jenes der Erde.

Bis heute hat Einstein@Home insgesamt 55 Radiopulsare entdeckt, darunter einige Raritäten, wie ein 25.000 Lichtjahre entferntes Objekt namens PSR J1913+1102. Das ist ein Paar, bestehend aus einem Pulsar und einem Neutronenstern; die beiden kreisen mit einer Periode von fünf Stunden umeinander. Der Neutronenstern lässt sich jedoch nicht als Pulsar nachweisen – vermutlich, weil sein Radiostrahl nicht über die Erde streicht.

„Mit insgesamt 2,88 Sonnenmassen haben wir einen neuen Rekord für die Gesamtmasse eines Systems aus zwei Neutronensternen“, sagt Paulo Freire vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie, das intensiv an Einstein@ Home beteiligt ist. Diese seltenen Doppelneutronensterne sind einzigartige Laboratorien, um die Relativitätstheorie in starker Gravitation zu überprüfen – eine Spezialität der Gruppe von Michael Kramer, Direktor am Institut.

Die meisten der bisher 2500 bekannten Radiopulsare am Himmel stehen isoliert und rotieren als Einzelsterne. Nur 255 von ihnen befinden sich in Doppelsystemen und davon nur eine Handvoll im Umlauf mit einem weiteren Neutronenstern. Hier hat Einstein@ Home also einen Volltreffer gelandet.

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