Unsichtbare Strukturen im All: Funkelnder Pulsar gibt Aufschluss über den interstellaren Raum

Der Nachthimmel wirkt ruhig, doch zwischen den Sternen herrscht Bewegung. Nicht nur die Atmosphäre der Erde lässt Sterne flimmern – auch das dünne Gas im All kann Strahlung beeinflussen. Genau diesen Effekt haben Forschende nun genutzt, um verborgene Strukturen im interstellaren Raum sichtbar zu machen.

Ein internationales Team unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn untersuchte dazu die Radiostrahlung des Pulsars. Dabei zeigte sich: Die auffälligen Schwankungen stammen nicht vom Sternenrest selbst, sondern von Materie zwischen Erde und Pulsar. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Pulsare als kosmische Messinstrumente

Pulsare gehören zu den extremsten Objekten des Universums. Sie entstehen nach dem Kollaps massereicher Sterne und vereinen die Masse einer Sonne in einer Kugel von der Größe einer Großstadt. Diese kompakten Sternenreste senden gebündelte Radiostrahlung aus, die sich beim Durchqueren des Weltraums verändert.

Ähnlich wie Luftschichten das Licht von Sternen flimmern lassen, wird auch die Radiostrahlung von Gaswolken zwischen den Sternen gestreut. Dieser Effekt, die sogenannte Szintillation, sorgt dafür, dass Pulsare in ihrer Helligkeit flackern und ihre Position verzerrt erscheint.

„Meist stellt man sich vor, dass der Pulsar von zufälligen Dichteschwankungen zu einer verschwommenen Scheibe verzerrt wird“, erklärt Erstautor Tim Sprenger. „Stattdessen scheint das interstellare Medium hier geordnete Strukturen mit bevorzugter Richtung auszubilden.“ Denkbar seien etwa parallel verlaufende Filamente oder dünne, gefaltete Schichten im interstellaren Gas.

Hinweise auf unsichtbare Strukturen

Besonders spannend für die Forschenden waren kleine Unregelmäßigkeiten entlang der ansonsten geraden Struktur. Sie könnten auf noch unbekannte physikalische Prozesse im interstellaren Medium hindeuten.

„Es ist faszinierend, den Kontrast zwischen dem primären linearen Bild und seinen komplexen Abweichungen zu beobachten“, sagt Co-Autorin Xun Shi von der Yunnan-Universität in China. Das wirft die Frage auf: Welche mikroskopischen Strukturen haben sie hervorgebracht – Strukturen, die sich unserem derzeitigen Bild vom interstellaren Medium entziehen?“

Mithilfe von Modellrechnungen gelang es den Forschenden zudem, den wahrscheinlichen Ort der verursachenden Gaswolke einzugrenzen. Demnach befindet sich die Struktur etwa 430 Lichtjahre von der Erde entfernt – vergleichsweise nah im kosmischen Maßstab.

Die beobachteten Veränderungen sind extrem klein und mit einzelnen Teleskopen praktisch nicht direkt messbar. Deshalb kombinierten die Forschenden Daten zweier gigantischer Anlagen miteinander: des 100-Meter-Radioteleskops Effelsberg in Deutschland und des chinesischen FAST-Teleskops, das mit 500 Metern Durchmesser das empfindlichste Radioteleskop der Welt ist.

Entscheidend war dabei die Bewegung der Erde. Während beide Teleskope gleichzeitig auf den Pulsar gerichtet waren, veränderte sich ihre Position relativ zur beobachteten Struktur im All. Dadurch registrierte mal das deutsche, mal das chinesische Teleskop das Flackern zuerst. Aus den minimalen Zeitunterschieden ließ sich schließlich ein hochaufgelöstes Bild berechnen.

„Durch die Kombination der verteilten Teleskope mit der Bewegung der Erde relativ zu den beobachteten Strukturen konnten wir eine Auflösung erreichen, die im beobachteten Frequenzbereich mit keiner anderen Technik möglich ist“, erläutert Co-Autor Olaf Wucknitz.

Technik mit Zukunftspotenzial

Anders als bei vielen internationalen Teleskopnetzwerken mussten die Daten nicht in riesigen Rechenzentren verarbeitet werden. „Die von uns verwendete Beobachtungstechnik hat keine großen Ansprüche an die Infrastruktur“, berichtet Tim Sprenger. „Sie funktioniert mit bereits lokal verarbeiteten Datensätzen, die wir mit unseren normalen Laptops zusammenführen konnten“

Die Forschenden planen nun weitere Beobachtungen ähnlicher Pulsare. Sie hoffen, dadurch die bisher weitgehend unsichtbaren Strukturen des interstellaren Mediums besser zu verstehen.

„Diese großartige Arbeit zeigt, was möglich ist, wenn zwei der leistungsstärksten Instrumente der Welt zusammenarbeiten“, lobt MPIfR-Direktor Michael Kramer die Kooperation. „Beide Teleskope sind großartig, aber ihre seltene Kombination ist noch viel besser!“

Quellenhinweis:

Sprenger, T., et al. (2026): Imaging without visibilities – FAST-Effelsberg scintillometry of PSR B1508+55. Astronomy & Astrophysics.