Wissenschaft leicht gemacht: Was sind Neutronensterne?

Ein Neutronenstern beginnt sein Leben als Stern mit einer etwa 7- bis 20-fachen Sonnenmasse. Wenn dieser Art von Stern der Treibstoff ausgeht, kollabiert er unter seinem eigenen Gewicht, zerschmettert seinen Kern und löst eine Supernova-Explosion aus. Zurück bleibt eine ultradichte Kugel, die nur etwa die Größe einer Stadt hat, aber mit bis zu der doppelten Sonnenmasse darin eingequetscht ist. Quelle: NASA Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Ein Riesenstern sieht sich mehreren möglichen Schicksalen gegenüber, wenn er in einer Supernova stirbt. Dieser Stern kann entweder vollständig zerstört werden, ein werden schwarzes Loch, oder werde ein Neutronenstern. Das Ergebnis hängt von der Masse des sterbenden Sterns und anderen Faktoren ab, die alle bestimmen, was passiert, wenn Sterne in einer Supernova explodieren.

Neutronensterne gehören zu den dichtesten Objekten im Kosmos. Sie haben einen durchschnittlichen Durchmesser von nur etwa 12 Meilen, sind aber dichter als unsere Sonne, die mehr als 72,000 Mal größer ist als ein Neutronenstern. Neutronensterne haben ihren Namen, weil ihre Kerne eine so starke Gravitation haben, dass sich die meisten positiv geladenen Protonen und negativ geladenen Elektronen im Inneren dieser Sterne zu ungeladenen Neutronen verbinden.

Diese Simulation zeigt die Kollision zweier dichter Neutronensterne. Die Kollision hat ein Schwarzes Loch gebildet, das von einem Strudel aus magnetisiertem Gas umkreist wird. Manche Materie entsteht in energetischen Jets und Winden, die schwere Elemente und Lichtblitze erzeugen. Quelle: Bild mit freundlicher Genehmigung von A. Tchekhovskoy, R. Fernandez, D. Kasen

Neutronensterne produzieren keine neue Wärme. Sie sind jedoch unglaublich heiß, wenn sie sich formen und langsam abkühlen. Die Neutronensterne, die wir beobachten können, haben im Durchschnitt etwa 1.8 Millionen Grad Fahrenheit, verglichen mit etwa 9,900 Grad Fahrenheit für die Sonne.

Neutronensterne spielen eine wichtige Rolle im Universum. Neuere Forschungen legen nahe, dass Neutronensternkollisionen eine der Hauptquellen des Universums für schwere Elemente wie Gold und Uran sind. Der Prozess der Bildung neuer Atomkerne aus bereits existierenden Protonen und Neutronen, sei es bei einer Neutronensternkollision, einer Supernova, dem Verbrennen von Sternen oder der Urknall, wird Nukleosynthese genannt.

Über uns

• Die enorme Dichte eines Neutronensterns bedeutet, dass ein Teelöffel Neutronensternmaterial 10 Millionen Tonnen wiegen würde.
• Mit einem Durchmesser von nur 12 Meilen würde ein Neutronenstern innerhalb der Grenzen von Chicago passen.
• Neutronensterne sind von außergewöhnlich starken Magnetfeldern umgeben.
• Neutronensterne rotieren aufgrund der Drehimpulserhaltung extrem schnell.
• Viele Neutronensterne werden durch periodische (oder gepulste) Radiowellen beobachtet, die sie aussenden (diese werden Pulsare genannt).
• Kollisionen von Neutronensternen sind keine Kleinigkeit. Das Ereignis setzt das Äquivalent des Hundertmillionenfachen der Sonnenenergie frei und verzerrt die Raumzeit als Gravitationswellen.

DOE Office of Science: Beiträge zur Neutronensternforschung

Das Programm des DOE Office of Science Nuclear Physics unterstützt die Forschung in der nuklearen Astrophysik. Diese wissenschaftliche Disziplin hilft uns, Neutronensterne und andere Objekte im Kosmos zu verstehen. Zwei universitäre DOE-Exzellenzzentren – das Cyclotron Institute der Texas A&M University und das Triangle Universities Nuclear Laboratory – sind auf das Studium der nuklearen Astrophysik spezialisiert. Das DOE finanziert auch die Forschung über den Urknall, Sterne, Supernovae und Neutronensternverschmelzungen und ihre Rolle als Quellen von Elementen. Das Kernphysikprogramm des DOE Office of Science finanzierte Forschungen, die Supercomputermodelle von Neutronensternkollisionen erstellten. DOE unterstützt auch Experimente im Jefferson Lab des DOE

die uns durch die Messung der Neutronenverteilung in Kernen Aufschluss über die Physik von Neutronensternen und die Eigenschaften dichter Kernmaterie geben. Das Studium der Eigenschaften dichter Kernmaterie und neutronenreicher Materie gehört ebenfalls zum Zweck des Einrichtung für seltene Isotopenstrahlen und das Argonne Tandem Linac Accelerator System, beides Benutzereinrichtungen des DOE Office of Science.