Seit Jahrhunderten erforschen die Menschen die Sonne, unseren nächsten Stern. Dennoch ist ihr Inneres noch weitgehend unbekannt. Ihr Kern ist so heiß und dicht, dass das Licht ihn nicht durchdringen kann. So haben Astronominnen und Astronomen nur begrenzte Möglichkeiten, ihr Inneres zu erforschen.

Sonne: Gravitationswellen könnten sie „durchleuchten“

Eine aktuelle Studie legt nahe, dass man Gravitationswellen nutzen könnte, um in das Innere der Sonne zu blicken und so einen neuen Weg zur Erforschung ihres Inneren zu finden.

Gravitationswellen sind Wellen im Gewebe der Raumzeit, die durch die Beschleunigung massereicher Objekte verursacht werden. Anders als Lichtwellen können Gravitationswellen Materie durchdringen, ohne absorbiert, gestreut oder blockiert zu werden. Das macht sie zu einem potenziell mächtigen Werkzeug, um das Innere astronomischer Körper zu untersuchen.

Bergige, rotierende Neutronensterne

Die Studie konzentriert sich auf schnell rotierende Neutronensterne, die Verformungen oder bergige Erhebungen aufweisen können. Sie werden durch ihre innere Hitze oder Magnetfelder verursacht. Asymmetrisch rotierende Objekte wie diese können kontinuierliche Ströme von Gravitationswellen erzeugen. Diese wiederum erreichen und in Form wiederkehrender Signale.

Obwohl die von schnell rotierenden Neutronensternen erzeugten Gravitationswellen zu schwach sind, um von aktuellen Teleskopen beobachtet zu werden, sollte die nächste Generation von Gravitationsobservatorien in der Lage sein, sie zu entdecken.

Ein Pulsar ist ein Neutronenstern, der sich extrem schnell dreht und regelmäßige Signale von elektromagnetischer Strahlung ausstrahlt. Die meisten Pulsare rotieren mehrere Male pro Sekunde und ihre Signale werden von Radioteleskopen auf der Erde empfangen. Die elektromagnetischen Signale werden durch die magnetischen Felder des Pulsars erzeugt und sind sehr regelmäßig, so dass sie oft als „kosmische Uhren“ bezeichnet werden.

Kandidaten ausgewählt

Die Masse der Sonne lenkt diese Gravitationswellen auf ihrem Weg durch ihr Inneres. Durch die Messung des Linseneffekts fand das Team hinter der Studie heraus, dass Gravitationswellenbeobachtungen das Dichteprofil der Sonne mit einer beachtlichen Genauigkeit messen können.

„Zu diesem Zweck haben wir drei vielversprechende Kandidaten […] aus dem Pulsarkatalog der Australia Telescope National Facility ausgewählt“, schreiben die Forschenden. Auf diese Weise lasse sich die Dichte der Sonne über den Zeitraum eines Jahres beachtlich genau messen.

Weitere Untersuchungen erforderlich

Allerdings könnten die Pulsare nur einen winzigen Teil der Gravitationswellenquellen ausmachen, die hinter der Sonne vorbeiziehen. Die meisten Neutronensterne sind so ausgerichtet, dass sie keine Radiowellen in unsere Richtung senden, aber sie könnten trotzdem als Gravitationssonden verwendet werden.

Wahrscheinlich gibt es Hunderte von schnell rotierenden Neutronensternen, die im Laufe eines Jahres hinter der Sonne vorbeiziehen. Wenn wir in der Lage sind, ihre Gravitationswellen zu beobachten, sollten sie uns einen hervorragenden Blick in das Innere unseres nächsten Sterns ermöglichen.

Die Gravitationswellenastronomie steckt noch in den Kinderschuhen, aber je besser unsere Gravitationsteleskope werden, desto mehr können die Astronomen das Universum auf eine Weise erforschen, die bisher unmöglich war. Die Studie über die Nutzung von Gravitationswellen zur Erforschung des Sonneninneren ist nur ein Beispiel für die spannenden Möglichkeiten, die vor uns liegen.

Quelle: „Probing the solar interior with lensed gravitational waves from known pulsars“ (arXiv, 2023)

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