Neutronensterne sind die dichtesten Objekte im Universum, größer als die Sonne, aber zu einer relativ kleinen Kugel verdichtet.
Wie groß sind Neutronensterne? Frühere Schätzungen des Radius lagen zwischen acht und sechzehn Kilometern. Astrophysiker an der Goethe-Universität in Frankfurt (Deutschland) konnten die Größe von Neutronensternen mithilfe eines ausgeklügelten statistischen Ansatzes auf der Grundlage der Messung von Gravitationswellen auf 1,5 Kilometer genau bestimmen. Der Bericht der Forscher wird in Physical Review Letters vorgestellt.
Neutronensterne sind die dichtesten Objekte im Universum, mit einer Masse größer als die Sonne, die sich jedoch zu einer relativ kleinen Kugel verdichtet. Die Dimensionierung von Neutronensternen ist seit mehr als 40 Jahren der Heilige Gral der Kernphysik, dessen Entdeckung wichtige Informationen über das grundlegende Verhalten der Kerndichten liefern wird.
Daten zur Detektion von Gravitationswellen aus einer Fusion von Neutronensternen (GW170817) leisten einen wichtigen Beitrag zur Lösung dieses Rätsels. Ende 2017 beantwortete Professor Luciano Rezzolla zusammen mit seinen Schülern Elias Most und Lucas Weich bereits eine langjährige Frage nach der maximalen Masse, die Neutronensterne haben können, bevor sie in ein Schwarzes Loch fallen. Nach dem ersten wichtigen Ergebnis setzte dasselbe Team mit Hilfe von Professor Jürgen Schaffner-Belich strengere Grenzen für die Größe von Neutronensternen.
Eine künstlerische Darstellung der Kollision von Neutronensternen, die Gravitationswellen erzeugten. Bildnachweis: Carnegie Institution for Science.
Die Quintessenz ist, dass die Zustandsgleichung, die die Materie in Neutronensternen beschreibt, unbekannt ist. Physiker haben statistische Methoden gewählt, um die Größe von Neutronensternen in engen Grenzen zu bestimmen. Sie berechneten über zwei Milliarden theoretische Modelle, indem sie die Einstein-Gleichung für sie lösten, und kombinierten diesen großen Datensatz mit den Einschränkungen, die durch die Detektion von Gravitationswellen durch GW170817 auferlegt wurden.
Infolgedessen bestimmten die Forscher den Radius eines typischen Neutronensterns innerhalb einer Differenz von 1,5 Kilometern: Er reicht von 12 bis 13,5 Kilometern, was durch zukünftige Detektionen von Gravitationswellen weiter verfeinert werden kann.
„Das Problem könnte jedoch mehr als eine Lösung gehabt haben“, kommentiert Jürgen Schaffner-Belich. Es ist möglich, dass die Substanz bei ultrahohen Dichten ihre Eigenschaften dramatisch verändert und sich dem sogenannten "Phasenübergang" nähert. Dies ähnelt dem, was mit Wasser passiert, wenn es gefriert und von flüssig zu fest wird. Im Fall von Neutronensternen wandelt dieser Übergang angeblich gewöhnliche Materie in "Quark" -Materie um und erzeugt Sterne, die die gleiche Masse wie ihr "Zwilling", der Neutronenstern, haben, aber viel kleiner und daher noch kompakter sind.
Werbevideo:
Obwohl es keine Beweise für ihre Existenz gibt, könnten sie eine plausible Lösung sein, und die Frankfurter Forscher haben diese Möglichkeit trotz zusätzlicher Komplikationen berücksichtigt. Der Aufwand hat sich gelohnt: Die Zwillingssterne waren statistisch unwahrscheinlich. Dies ist eine wichtige Erkenntnis, die es Wissenschaftlern nun ermöglicht, die Existenz dieser sehr kompakten Objekte möglicherweise auszuschließen. Zukünftige Beobachtungen von Gravitationswellen werden zeigen, ob Neutronensterne exotische Zwillinge haben.
