Neutronensterne sind die Überreste von Riesensternen, die bei einer feurigen Explosion starben, die als Supernova bekannt ist. Nach einem solchen Ausbruch verdichten sich die Kerne dieser ehemaligen Sterne zu einem ultradichten Objekt, wobei die Masse der Sonne zu einer Kugel von der Größe einer Stadt gepackt ist.
Wie bilden sich Neutronensterne?
Gewöhnliche Sterne behalten ihre Kugelform bei, weil die schwebende Schwerkraft ihrer gigantischen Masse versucht, ihr Gas zu einem zentralen Punkt zu ziehen, aber durch die Energie aus der Kernfusion in ihren Kernen ausgeglichen wird, die laut NASA einen Druck nach außen ausübt. Am Ende ihres Lebens verbrennen Sterne, die zwischen dem Vier- und Achtfachen der Sonnenmasse liegen, durch ihren verfügbaren Brennstoff und ihre internen Fusionsreaktionen hören auf. Die äußeren Schichten der Sterne kollabieren schnell nach innen, prallen vom dicken Kern ab und sprengen dann als gewalttätige Supernova wieder heraus.
Der dichte Kern kollabiert jedoch weiter und erzeugt so hohe Drücke, dass Protonen und Elektronen zu Neutronen zusammengedrückt werden, sowie leichte Teilchen, sogenannte Neutrinos, die in das ferne Universum entweichen. Das Endergebnis ist ein Stern mit einer Masse von 90% Neutronen, der nicht fester zusammengedrückt werden kann, und daher kann der Neutronenstern nicht weiter zerfallen.
Eigenschaften eines Neutronensterns
Astronomen theoretisierten erstmals in den 1930er Jahren, kurz nachdem das Neutron entdeckt worden war, über die Existenz dieser bizarren Sternentitäten. Aber erst 1967 hatten Wissenschaftler in der Realität gute Beweise für Neutronensterne. Eine Doktorandin namens Jocelyn Bell an der Universität von Cambridge in England bemerkte seltsame Impulse in ihrem Radioteleskop, die so regelmäßig eintrafen, dass sie laut der American Physical Society zunächst glaubte, sie könnten ein Signal einer fremden Zivilisation sein. Es stellte sich heraus, dass die Muster nicht E.T. sondern Strahlung, die von sich schnell drehenden Neutronensternen emittiert wird.
Die Supernova, aus der ein Neutronenstern entsteht, verleiht dem kompakten Objekt viel Energie, wodurch es sich zwischen 0,1 und 60 Mal pro Sekunde und bis zu 700 Mal pro Sekunde um seine Achse dreht. Die gewaltigen Magnetfelder dieser Entitäten erzeugen leistungsstarke Strahlungssäulen, die wie Leuchtturmstrahlen an der Erde vorbeiziehen und einen sogenannten Pulsar erzeugen können.
Die Eigenschaften von Neutronensternen sind absolut nicht von dieser Welt - ein einziger Teelöffel Neutronensternmaterial würde eine Milliarde Tonnen wiegen. Wenn Sie irgendwie auf ihrer Oberfläche stehen würden, ohne zu sterben, würden Sie eine Schwerkraft erleben, die 2 Milliarden Mal stärker ist als das, was Sie auf der Erde fühlen.
Das Magnetfeld eines gewöhnlichen Neutronensterns könnte Billionen Mal stärker sein als das der Erde. Einige Neutronensterne haben jedoch noch extremere Magnetfelder, tausendmal oder mehr als der durchschnittliche Neutronenstern. Dies erzeugt ein Objekt, das als Magnetar bekannt ist.
Sternenbeben auf der Oberfläche eines Magnetars - das Äquivalent von Krustenbewegungen auf der Erde, die Erdbeben erzeugen - können enorme Mengen an Energie freisetzen. In einer Zehntelsekunde könnte ein Magnetar laut NASA mehr Energie produzieren, als die Sonne in den letzten 100.000 Jahren emittiert hat.
Forschung an Neutronensternen
Forscher haben erwogen, die stabilen, uhrähnlichen Impulse von Neutronensternen zur Unterstützung der Navigation von Raumfahrzeugen zu verwenden, ähnlich wie GPS-Strahlen die Menschen auf der Erde führen. Ein Experiment auf der Internationalen Raumstation namens Station Explorer für Röntgen-Timing- und Navigationstechnologie (SEXTANT) konnte das Signal von Pulsaren verwenden, um den Standort der ISS auf 16 km zu berechnen.
Über Neutronensterne bleibt jedoch noch viel zu verstehen. Zum Beispiel entdeckten Astronomen im Jahr 2019 den massereichsten Neutronenstern, der jemals gesehen wurde - mit etwa dem 2,14-fachen der Masse unserer Sonne, die in eine Kugel gepackt ist, die höchstwahrscheinlich einen Durchmesser von 20 km hat. Bei dieser Größe befindet sich das Objekt genau an der Grenze, an der es in ein Schwarzes Loch hätte kollabieren sollen. Daher untersuchen die Forscher es genau, um die seltsame Physik besser zu verstehen, die möglicherweise bei der Arbeit ist und es aufhält.
Die Forscher erhalten auch neue Werkzeuge, um die Neutronensterndynamik besser untersuchen zu können. Mit dem Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO) konnten Physiker die Gravitationswellen beobachten, die emittiert werden, wenn zwei Neutronensterne sich umkreisen und dann kollidieren. Diese starken Fusionen könnten für die Herstellung vieler Edelmetalle verantwortlich sein, die wir auf der Erde haben, einschließlich Platin und Gold sowie radioaktiver Elemente wie Uran.
