Forscher werfen einen flüchtigen Blick auf die exotische Materie eines Neutronensterns

16.09.2004 - Wissenschaftler der University of Arizona haben die bislang beste Messung über die Größe und Zusammensetzung eines Neutronensterns durchgeführt und entdeckten in diesem ultradichten Objekt die seltsamste und seltenste Materie des Universums.

Die neuen Messungen könnten dabei helfen die Natur von Protonen, Neutronen und deren Bestandteile, die Quarks, besser zu verstehen, zumal sie in einem Neutronenstern Billionen Mal dichter sind als auf der Erde.

Tod Strohmayer vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt und Adam Villarreal von der University of Arizona präsentierten ihre Ergebnisse auf dem American Astronomical Society's High Energy Astrophysics Division Treffen in New Orleans.

Strohmayer und Villarreal bestimmten, das der untersuchte Neutronenstern die 1,8-fache Masse unserer Sonne hat, was ein bisschen mehr ist als erwartet, dabei aber nur einen Radius von 11,5 Kilometern besitzt. Er ist Teil eines Doppelsternsystems mit der Bezeichnung EXO 0748-676 etwa 30.000 Lichtjahre entfernt.

Die Wissenschaftler benutzten den Rossi X-ray Timing Explorer der NASA um herauszufinden wie schnell der Neutronenstern rotiert, da seine Rotationsperiode der Schüssel zur Bestimmung der Größe und Gesamtmasse ist. Dabei stimmten ihre Ergebnisse mit Daten des europäischen XMM-Newton Observatorium aus dem Jahr 2002 überein.

Durch die lange gesuchte Masse-Radius- Beziehung gelang es den Wissenschaftlern nähere Informationen über die Innere Dichte und Druckverhältnisse zu bekommen, das so genannte equation of state (Gleichgewicht der Lage).

"Astrophysiker haben seit Jahrzehnten versucht die equation of state der Neutronensternmaterie einzuschränken" so Villarreal. "Durch unsere Resultate können wir jetzt vielleicht das Ziel erreichen."

Zu wissen was für Gleichgewicht in einem Neutronenstern herrscht erlaubt Physiker die Art der Materie im Neutronenstern zu bestimmen. Da ein Neutronenstern der Kernüberrest eines massereichen Sterns ist, dessen Materie von Kräften beeinflusst wird, wie sie wahrscheinlich nur noch beim Urknall aufgetreten sind und auf der Erde nicht repliziert werden können.

In dem besagten Doppelsternsystem zieht der Neutronenstern Gas von einem normalen Begleitstern ab und dies ist die Ursache für thermonukleare Explosionen auf der Oberfläche des Neutronensterns. Diese so genannte burst oscillation (Explosionsschwingungen) erhellen nicht nur die ganze Region, sondern halfen den Wissenschaftler auch die Rotationsperiode des Neutronensterns zu bestimmen.

Strohmayer und Villarreal entdeckten eine 45-Hertz burst oscillation frequency und kamen so auf eine Rotationsperiode von 45 Rotationen pro Sekunde, was für einen normalen Neutronenstern ehr langsam ist, da viele andere Neutronensterne 600-mal pro Sekunde rotieren.

Ihre Ergebnisse unterstützen außerdem die Theorie, dass die Materie in einem Neutronenstern wie EXO 0748-676 so dicht gepackt ist, das alle Protonen und Elektronen zu Neutronen zusammengequetscht sind, was ähnliche Eigenschaften wie ein Superfluid, eine Flüssigkeit die sich ohne Reibungsverluste bewegt, hervorbringt. Jedoch ist die Materie nicht so dicht gepackt, dass die Quarks ihre Bindung verlieren, diese Objekte tragen die Bezeichnung Quarksterne.