Neutrinos erlauben Einblick in die Entstehung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik

Neutrinos erlauben Einblick in die Entstehung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern

Genaue Analysen von Neutrinoausbrüchen im Weltall könnten wichtige Erkenntnisse über die Entstehung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern liefern. Dies verspricht eine Studie amerikanischer Physiker, veröffentlicht in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Physical Review Letters.

Nach der von James Lattimer an der Staatsuniversität von New York erstellten Studie sind Informationen über den Aufbau und die Entstehung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern in den die Entstehung begleitenden Neutrinoausbrüchen verschlüsselt. Analysen derartiger Ausbrüche mit Hilfe neuer Neutrinodetektoren, wie sie etwa in Kanada oder Japan im Bau sind, könnten unter anderem Erkenntnisse über das Verhalten von Materie bei extremsten Drücken und Temperaturen liefern.

Wenn ein Stern von mehreren Sonnenmassen in Form eines gewaltigen Ausbruchs – einer so genannten Supernova – große Teile seiner Gashülle abstößt, kollabiert der zurückbleibende Kern unter seiner großen Masse zu einem so genannten Proto-Neutronenstern, der eine gleiche Anzahl von Protonen und Neutronen enthält. Die Wucht der Explosion wandelt nun innerhalb mehrerer Sekunden Protonen in Neutronen um, was zur Entstehung eines Neutronensterns führt. Dieser Vorgang ist mit gewaltigen Neutrinoausbrüchen verbunden, die beispielsweise im Jahre 1987 von Detektoren auf der Erde nachgewiesen wurden.

Der Neutronenstern kann nun wiederum zu einem Schwarzen Loch kollabieren, was ebenfalls mit Neutrinoausbrüchen verbunden ist. Energie und Impuls dieser Neutrinos können Astronomen wichtige Hinweise auf die innere Struktur dieser gestorbenen Sterne liefern. In ihnen ist Materie so dicht zusammengepresst, dass sich ein so genanntes Quark-Plasma, eine Vorstufe der Elementarteilchen, bildet.

Das Astronomenteam aus New York hofft nun, dass diese Vorsagen der Theoretiker sich schon bald mit Hilfe von Neutrinos überprüfen lassen.

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Stefan Maier
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Wurmlöcher! Ohne die geht es weder in der Science-Fiction noch in der Sparte der Wissenschaftskommunikation in der durch übermäßigen Einsatz von Science-Fiction-Konzepten die Faszination der Menschen angeregt (oder ausgenutzt?) werden soll. Es klingt ja auch sehr verlockend: Anstatt elendig lange durchs unvorstellbar große Universum zu fliegen, nimmt man einfach eine Abkürzung. Rein in ein schwarzes Loch und quasi im gleichem Moment wieder raus durch ein anderes; irgendwo an einem ganz anderen Ort des Universums (bzw. überhaupt gleich in einem völlig anderen Universum). Was aus dramaturgischen Gründen in der Science Fiction äußerst praktisch ist, ist in der naturwissenschaftlichen Realität ziemlich schwierig.

Dass so ein Wurmloch zumindest in der Theorie aus den Gesetzen der Allgemeinen Relativitätstheorie folgen kann, hat schon Albert Einstein in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts gezeigt. Aber nur weil etwas theoretisch nicht unmöglich ist, bedeutet das nicht das es in der Realität auch zwingend existieren muss. Das gilt ganz besonders für Wurmlöcher. Bis jetzt gibt es nicht den Anschein eines vagen Hinweises auf ihre Existenz im realen Universum. Die beiden Physiker De-Chang Dai und Dejan Stojkovic wollen nun einen Weg aufzeigen, wie man das ändern könnte (“Observing a wormhole”).

Die Idee ist eigentlich recht simpel: Angenommen, da ist irgendwo ein Wurmloch. Und angenommen, ein Stern bewegt sich um dieses Wurmloch herum. Und noch weiter angenommen, ein Stern befindet sich auch in der Umgebung des anderen Ende des Wurmlochs. Dann kann die Gravitation durch das Wurmloch hindurch wirken. Der Stern am einen Ende des Wurmlochs übt also einen gravitativen Einfluss auf den Stern am anderen Ende aus (und umgekehrt). Man muss jetzt also nur die Bewegung von Sternen beobachten und nachsehen, ob da welche dabei sind, die sich so bewegen, als würden sie von einem anderen Stern beeinflusst der nicht zu sehen ist.

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In der Praxis ist das natürlich deutlich schwieriger. Erstens gibt es ziemlich viele Sterne. Man muss sich auf die beschränken, die sich dort bewegen, wo mit dem Auftreten von Wurmlöchern zu rechnen wäre. Also in der Umgebung schwarzer Löcher; in dem Fall am besten in der Umgebung des zentralen schwarzen Lochs das im Zentrum unserer Milchstraße sitzt. Um dieses Loch herum bewegen sich jede Menge Sterne deren Bewegung wir auch schon sehr genau beobachtet haben. Aber leider nicht so genau, wie es nötig wäre um den Einfluss eines Wurmlochs zu identifizieren. Dai und Stojkovic rechnen in ihrer Arbeit aus, dass man die Beschleunigung in der Bewegung eines Sterns mit einer Genauigkeit von einem Millionstel Meter pro Sekunde² messen muss um zu bemerken, falls da irgendwo ein Wurmloch sitzt. Das schaffen wir mit der aktuellen Technik nicht – aber vielleicht mit den Teleskopen der nächsten Generation.

Umlaufbahnen von Sternen um das zentrale schwarze Loch der Milchstraße. (Bild: ESO/L. Calçada/spaceengine.org)

Umlaufbahnen von Sternen um das zentrale schwarze Loch der Milchstraße. (Bild: ESO/L. Calçada/spaceengine.org)

Und selbst dann ist das Vorhaben eventuell zum Scheitern verurteilt. Serguei Krasnikov von der Sternwarte in St. Petersburg ist der Meinung, dass das, was Dai und Stojkovic meinen messen zu können tatsächlich gar nicht messbar ist (‘Comment on “Observing a wormhole”‘). Und dann bleibt immer noch der Punkt dass die Wurmlöcher bis jetzt nichts weiter sind als ein mathematisches Resultat das nicht von den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie verboten ist. Es gibt keinen naturwissenschaftlich zwingenden Grund von ihre Existenz auszugehen. Was nicht heißt, dass man sich nicht weiterhin überlegen soll, wie man sie vielleicht finden könnte falls es sie doch gibt. Man sollte aber auch nicht allzu traurig sein, wenn sie nie gefunden werden. Und vor allem sollte man nicht damit rechnen, sie als echte Abkürzungen für die Reisen durch den Raum benutzen zu können. Selbst wenn sie irgendwo da draußen sind, sind sie weit, weit entfernt. Und damit man sie irgendwie durchqueren kann, muss man sie stabilisieren. Das geht aber nur, wenn man dafür sogenannte “exotische Materie” benutzt. Das ist Materie mit einer negativen Masse. Mathematisch ist das kein Problem, da hat man dann halt einfach “minus 100 Kilogramm” die man in die Gleichung einsetzt; das funktioniert rechnerisch genau so gut wie “plus 100 Kilogramm”. Aber in der Realität hat niemand auch nur den Ansatz einer Ahnung was Materie mit negativer Masse sein soll, wie sie entstehen sollte und wo man sie finden könnte. Oder, um Dejan Stojkovic zu zitieren: “Um ein wirklich großes, stabiles Wurmloch offen zu halten, braucht es in Wahrheit wohl so etwas wie Magie.” ... mehr

frisch|ge|ba|cken  auch:  frisch ge|ba|cken  〈Adj.〉 I 〈Zusammen– u. Getrenntschreibung〉 soeben fertiggebacken ... mehr

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