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Astronomie+Physik

Steckbrief eines Neutronensterns

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Der Neutronenstern "verspeist" seinen Begleiter. Die Materie sammelt sich zunächst in einer Akkretionsscheibe um den Neutronenstern. (Bildquelle: Nasa)
US-Wissenschaftlern ist die bisher genaueste Berechnung der Daten eines Neutronensterns gelungen. Der untersuchte Neutronenstern, der sich 30.000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Fliegender Fisch befindet und Teil des Doppelsternsystems EXO 0748-676 ist, hat mit 1,75 Sonnenmassen mehr Masse, als es einige Theorien bisher angenommen hatten. Tod Strohmayer vom Goddard Space Flight Center der Nasa und Adam Villarreal von der Universität von Arizona glauben, dass sie mit ihrem Ergebnis der schon lange gesuchten Zustandsgleichung für Neutronensterne ein Stück näher gekommen sind.

Die physikalische Zustandsgleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen der Temperatur, dem Druck und der Dichte eines Objektes. Die Verhältnisse dieser drei Größen zueinander ist deshalb für die Wissenschaftler so wichtig, weil sie im Fall des Neutronensterns daraus schließen können, aus welcher Art von Materie der Stern besteht. Außerdem lassen diese Verhältnisse Rückschlüsse auf die fundamentalen Theorien der Teilchenphysik zu.

„Das Zeug im Zentrum des Neutronensterns würde ich wirklich gerne mal in die Finger kriegen“, sagt Strohmayer. Seinen Berechnungen zufolge besteht dieses „Zeug“ wirklich, wie es der Name „Neutronenstern“ suggeriert, aus Neutronen. Obwohl die Materiedichte in diesem Neutronenstern ungeheuer groß ist ? ein Kubikzentimeter der Materie hat eine Masse von etwa 500 Millionen Tonnen ? reicht sie nicht dazu aus, wie es einige Wissenschaftler vermutet hatten, die Neutronen in ihre Bestandteile ? das sind jeweils drei Quarks ? zu zerlegen.

„Mit unseren Ergebnissen haben wir die möglichen Zustandsgleichungen grob eingekreist“, sagt Villarreal. „Es sieht danach aus, dass eine Zustandsgleichung das Rennen machen wird, die weder sehr große noch sehr kleine Neutronensterne voraussagt. Aber viel aufregender ist, dass wir jetzt mit unserer Beobachtungstechnik dazu in der Lage sein sollten, auch die Masse-Radius-Verhältnisse anderer Neutronensterne zu bestimmen.“

Die beiden Astronomen „beobachteten“ zunächst die Geschwindigkeit, mit der sich der Neutronenstern um seine eigene Achse dreht. Diese lässt sich natürlich nicht direkt beobachten. Den entscheidenden Hinweis zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit liefern thermonukleare Explosionen, die auf einem Neutronenstern mehrmals pro Stunde auftreten und dann jeweils ein bis zwei Minuten andauern.

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Diese Explosionen resultieren daraus, dass der kleine Neutronenstern seinen riesigen Begleiter langsam „verspeist“. Sie ereignen sich, wenn Materie des Begleiters mit beinahe Lichtgeschwindigkeit auf den Neutronenstern fällt. Bei der Rotation des Neutronensterns machen sich diese Explosionen als Flackern bemerkbar ? so ähnlich, wie ein sich drehendes Licht auf einem Leuchtturm einem Beobachter als Flackern erscheint.

Es stellte sich heraus, dass der Neutronenstern sich 45-mal pro Sekunde um seine Achse dreht. Als nächstes maßen die Forscher die Rot- beziehungsweise Blauverschiebung der Spektrallinien des Lichts, das von der auf den Neutronenstern einfallenden Materie ausgesandt wurde. Wegen der schnellen Drehung des Sterns wird das Licht wegen des Dopplereffektes zu niederen beziehungsweise höheren Frequenzen hin verschoben ? je nachdem, ob sich die Abstrahlstelle gerade von uns weg oder auf uns zu bewegt. Einem ähnlichen Effekt unterliegen Schallwellen eines vorbeifahrenden Autos.

Wegen der abwechselnden Rot- und Blauverschiebung sind die abgestrahlten Spektrallinien verbreitert. Zudem muss eine zusätzliche Verschiebung der Spektrallinien aufgrund der starken Gravitationskraft des Neutronensterns berücksichtigt werden. Aus den so gewonnenen Daten konnten Strohmayer und Villarreal schließlich Radius und Masse des Neutronensterns bestimmen.

Axel Tillemans
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Nach|satz  〈m. 1u〉 1 Nachschrift, Nachtrag, Ergänzung 2 〈Gramm.〉 nachgestellter Satz in einer Satzverbindung od. einem Satzgefüge; ... mehr

mas|se|reich  〈Adj.; Phys.〉 eine verhältnismäßig große Masse habend ● ~e Sterne

Per|so|nal|pro|no|men  〈n. 14; Pl. a.: –mi|na; Gramm.〉 Pronomen, das anstelle einer bestimmten Person od. Sache steht, z. B. ich, du, er, sie, es, wir, ihr, sie; Sy persönliches Fürwort; ... mehr

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