Supernova macht aus Atomkernen Pasta

Wenn massereiche Sterne kurz vor ihrem Tod in sich zusammenfallen, bilden sich in ihrem Zentrum Atomkerne mit einer stäbchenartigen Form aus. Dieses bislang nur postulierte Phänomen, mit dessen Hilfe sehr genaue Simulationen von Supernovae möglich sind, hat eine Gruppe von Physikern aus Dänemark und Japan nun theoretisch nachgewiesen. Die Forscher stellen ihre Ergebnisse im Fachmagazin Physical Review Letters" (Band 94 Artikel 031101) vor.
Gentaro Watanabe und seine Kollegen vom RIKEN-Forschungszentrum und einer Gruppe von japanischen Universitäten benutzten eine als molekulare Quantendynamik bezeichnete Methode zur Berechnung der Form von Atomkernen unter verschiedenen äußeren Bedingungen. Dabei untersuchten die Wissenschaftler besonders den Einfluss der Dichte der von den Atomen aufgebauten Materie auf die Form der Kerne.

Wie sich herausstellte, verändern die Atomkerne ihre Gestalt, wenn sie auf einen sehr kleinen Raum zusammengepresst werden - von einer Kugelform zu stab- oder "pastaförmigen" Geometrien. Eine derartige Materieverdichtung findet beim Zusammenfall der Eisenkerne massiver Sterne kurz vor ihrer Explosion statt. In so einem Fall wächst die Dichte des Sternzentrums um etwa einen Faktor 100.000 an, so dass sie am Ende von der gleichen Größenordnung wie die Dichte von Atomkernen selbst ist.

Dies hängt damit zusammen, dass der Kern eines Atoms unter gewöhnlichen Bedingungen nur einen verschwindend kleinen Teil des Raums eines Atoms in Anspruch nimmt ? daher ist gewöhnliche Materie viel weniger dicht als ihre Atomkerne. Sobald die Dichte der Eisenkerne in den Sternen allerdings durch den Kollaps mit der ihrer Kerne vergleichbar wird, findet der Phasenübergang der Atomkernform statt. Überraschenderweise verringert sich dabei deren Dichte um etwa 50 Prozent.

Die Forscher betonen, dass ihre Simulationen zeigen, dass derartige Phasenübergänge wirklich in dem weniger als eine Sekunde dauernden Zusammenfall eines Sterns kurz vor seiner Supernova stattfinden können.
Stefan Maier


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