Was ist ein Pulsar?

Wir stellten uns folgende Frage :
Ist es möglich und wenn ja, welcher Aufwand ist zu betreiben um mit einer Anlage im Amateurbereich Pulsare zu detektieren ?

Die Anlage bei DL0SHF:
Zur Verfügung steht hier ein 9 Meter Spiegel der in erster Linie für EME ausgelegt ist. Daher ist die Anlage auf 1296 MHz optimiert. Die Durchlassbandbreite auf 1296 MHz beträgt 40 MHz. Das Systemrauschen der Anlage ist < 45 K .
Zur Messung benutzen wir ein Powermeter HP EPM-441A .  Das Gerät verfügt über einen Video Ausgang an welchem das gemessene Signal vor der A/D Wandlung relativ zum Messwert zwischen 0 und 1 Volt anliegen.
 Dieses Signal geht auf einen A/D Wandler. Um den ersten Aufwand klein zu halten benutzen wir einen USB  Cebo Stick mit 4 analogen Eingängen mit 12 Bit Auflösung. Ebenso sind 3 Digitale Eingänge vorhanden von denen einer als Triggereingang betrieben werden kann. Für die ersten Messungen hat sich herausgestellt das die Genauigkeit des Stick-internen Quarzes ausreicht.
Der CEBO Stick ist für USB-Betrieb ausgelegt und im Lieferumfang sind diverse Programme. Wir nutzen hier das 'CEBO-Multilogger' und eine eigene , von Joachim Köppen geschriebene Software. Die erzeugten Daten werden mit einem Zeitstempel von dem Stick in eine .txt Datei geschrieben, Zur Auswertung der Dateien wurde eine eigene Software geschrieben.

Ergebnisse :
Der stärkste Pulsar in unseren Breiten ist der B 0329+54 mit dem alle Versuche gemacht worden sind.
Für eine Messung wird eine Periode gemessen und die Messwerte abgespeichert .In der Folge werden  nach jeder Periode die Messwert aufaddiert und am Ende der Messung durch die Anzahl der gemessenen Perioden geteilt. Da das natürliche Rauschen sich aufhebt wird der Puls sichtbar.
Hier ist  mit der Anlage dieser Pulsar in einer Minute bei einer Taktrate von 20 KHz zu detektieren . Kleinere Taktraten bis 1 KHz sind möglich wenn man entsprechend die Messzeit verlängert. Natürlich spielt auch die Größe des Spiegels und die Rauschzahl der Anlage eine Rolle.


Szintillation  Video
320 *240 540 KB     640*480 6 MB
Ein Video soll den Effekt der Szintillation darstellen. Hierbei handelt es sich um das Flimmern des Signales. Es entsteht durch Abschwächung auf dem Weg vom Pulsar zur Erde wobei Schichten unterschiedlicher  Dichte von Gas  durchlaufen werden.


Szintiation über 6 Stunden

Relative Feldstärke. Im Verlauf die Feldstärke zum jeweiligen Zeitpunkt.
20 ist das Grundrauschen.

Ich werde immer wieder gefragt ob man einen Pulsar hören kann. Ja, wenn man einen 92 Meter großem Spiegel hat  ;)
      PSR 0329+54

• Periode 0.71 Sek..
• Teleskop: NRAO 92m
• Frequency: 410 Mhz

Einige Auswertungen:
Alle Datenauswertungen stehen durch anklicken in Originalgröße zur Verfügung.
B0329+54 
Periode 0,7145 Sekunden ; 203 mJy
  
Auf den Bildern ist der Pulsar B0329+54 mit verschiedenen Intensitäten zu sehen.Die linke Auswertung ist mit einer Verstärkung von 5 dargestellt , das rechte Bild mit Verstärkung 22. Man kann sagen das bei gleicher Verstärkung der linke Puls 4 mal intensiver war.
Zu sehen sind auf dem linken Bild ein Vorpuls und auf dem rechten ein Vor- und ein Nachpuls. Diese und andere Kombinationen der Vor- und Nachpulse ändert sich ständig und kurzfristig.

Die folgenden Pulsare sind in ihrer Intensität um den Faktor ~10 schwächer und die Perioden um die Hälfte kürzer.
Hier wurde entsprechen die Messzeit erhöht .

B1933+16
Periode 0,359 Sekunden ; 42 mJy


B0950+08
Periode 0,253 Sekunden ; 84 mJy


B2020+28
Periode 0,343 Sekunden ; 38 mJy

Der Pulsar B2020+28 hat zwei sehr kurz aufeinander folgende Pulse welche man bei unseren Beobachtungen noch nicht trennen kann, aber das Maximum ist schon deutlich breiter und besteht nicht aus einem Pixel. Wir arbeiten daran.


Weitere Auswertungen von Joachim Köppen:    


und Fettnäpfchen:
Bei den ersten Versuche sind einige Dinge zu berücksichtigen. Die exakte Periode des Pulsars sollte bekannt sein. Beim B0329+54 kann man von 714,5 ms ausgehen. Aber Vorsicht , es gibt eine handvoll Dopplereffekte. Es sei angeraten sich mit dem Programm 'TEMPO' von K1JT vertraut zu machen. Wir nutzen hier TEMPO in der ersten Version welche auch unter Windows zu nutzen ist. 


Der Pulsar B0329+54 hat bei 1,3 GHz eine Signalstärke von 200 mJy   was etwa 0,0002 dB an unserer Anlage  entspricht. Daraus ergibt sich ein genaues Augenmerk auf Störquellen zu halten.
RFI  durch Radar, Regen, Gewitter, Umwelt, Satelliten, eigene Station, Netzbrummen , Erdrauschen usw..
Als Hilfreich war die Erkenntnis das das Spiel mit den 'Bins' wichtig ist. Will sagen das das Timing auf die einzelnen Messpunkte in der Phase recht genau erfolgen muss und man zu Beginn eine nicht zu feine Auflösung wählt sondern eher bei 200 Bin's pro Periode versuche macht da das Signal/Rauschverhältnis  mit der Anzahl der Bin's sichtbar schlechter wird.
Sehr hilfreich war auch ein Wasserfallprogramm um längere Beobachtungen zu starten und zu sehen ob die Signalstärke des Pulsars im laufe der Szintillation. ausreichend ist.

Fazit :
auch mit kleineren Anlage sollte zumindest B0329+54 im 1,3 GHz Bereich zu beobachten sein. Es ist wie so oft ein kleiner Marathon.

Weitere Planung:

Die nächsten Kandidaten sind nochmals um den Faktor 10 schwächer und die Perioden kürzer.

Danke für die super Unterstützung geht an:
Per Dudek der unermüdliche Verbessere der Anlage in Kiel
Joachim Köppen für seine geduldige und tatkräftige Hilfe bei der Wissensvermittlung
Wolfgang Herrmann für die vielen Tipps und Hilfen und Motivation rund um die Pulsare

Klaus Fenger im November 2015