Astronomie ohne Teleskop – Würfelförmige Neutronen

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Von Steve Nerlich in Universe Today – Übersetzt von Harald Horneff

neutronenstern
Ein sehr beliebter Vergleich um die Dichte der Materie in einem Neutronenstern zu beschreiben liegt in der Vorstellung, die gesamte menschliche Bevölkerung in einen Zuckerwürfel pressen zu können. Quelle: E. Galactica

Die Natur der hoch verdichteten Materie, die Neutronensterne aufbaut, ist Gegenstand vieler Spekulationen. So wurde vorgeschlagen, daß auf Grund der extremen Verdichtung durch die Schwerkraft die Neutronen zu Quarkmaterie kollabieren könnten, die nur aus Strange-Quarks besteht – was dazu führt, einen besonders massereichen Neutronenstern als Strange-Stern zu bezeichnen.

Dagegen schlägt ein konkurrierendes Modell vor, daß im Inneren massereicher Neutronensterne die Neutronen nicht etwa zu diesen fundamentaleren Teilchen aufbrechen, sondern möglicherweise durch das Annehmen einer würfelförmigen Form noch dichter zusammengepackt werden können. Dies könnte es den würfelförmigen Neutronen erlauben, in ungefähr 75 Prozent des Volumens gepackt zu werden, daß kugelförmige Neutronen normalerweise ausfüllen würden.

Ein Umdenken über die innere Struktur von Neutronensternen wurde durch die im Jahr 2010 erfolg-te Entdeckung des Neutronenstern PSR J1614-2230 angestoßen, der nahezu zwei Sonnenmassen aufweist – eine ganze Menge für einen Neutronenstern, der vermutlich einen Durchmesser von weniger als 20 Kilometer besitzt.

PSR J1614–2230, von einigen als „superschwerer“ Neutronenstern beschrieben, könnte ein idealer Kandidat für die Bildung von Quarkmaterie – oder anderer exotischer Umwandlungen – sein, die aus der extremen Verdichtung der Materie folgt. Berechnungen lassen aber vermuten, daß eine solch grundlegende Neuordnung der Materie das Volumen des Sterns auf weniger als den Schwarzschild-Radius für zwei Sonnenmassen zusammenschrumpfen lassen würde. Dies bedeutet, daß PSR J1614–2230 sofort ein Schwarzes Loch bilden sollte.

Aber PSR J1614-2230 ist da und für alle zu beobachten; ein superschwerer Neutronenstern, der nach dem eben Dargelegten nahezu sicher durchgängig aus nichts exotischerem aufgebaut ist als aus Neutronen, wie auch die Schicht an der Oberfläche nur aus der ganz gewöhnlichen atomaren Materie besteht.

Dennoch können sich aber sterngroße Schwarze Löcher aus Neutronensternen bilden. Wenn z. Bsp. ein Neutronenstern in einem Doppelsternsystem ständig Masse von seinem Begleiter abzieht, wird er irgendwann die Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze erreichen. Dies ist die endgültige Grenzmasse für Neutronensterne – ähnlich der Vorstellung von der Chandrasekhar-Grenze für Weiße Zwerge. Sobald ein Weißer Zwerg die Chandrasekhar–Grenze von 1.4 Sonnenmassen erreicht, detoniert er in einer Supernova vom Typ Ia. Wenn ein Neutronenstern die Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Massengrenze erreicht, fällt er zu einem Schwarzen Loch zusammen.

Da man nur ein begrenztes Verständnis der Physik der Neutronensterne besitzt, ist man sich nicht sicher, wo genau sich die Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Massengrenze befindet, doch man vermutet, daß sie irgendwo zwischen 1.5 – 3.0 Sonnenmassen liegt.

PSR J1614-2230 scheint wahrscheinlich dicht bei dieser Massengrenze für Neutronensterne zu liegen, selbst wenn er noch aus Neutronen aufgebaut ist. Aber es muß einen Weg geben, durch den die Masse eines Neutronensterns in ein kleineres Volumen gepreßt werden kann, denn sonst könnte er nie ein Schwarzes Loch bilden. Also sollte es einen Zwischenzustand geben, über den die Neutronen eines Neutronensterns fortschreitend in ein kleineres Volumen zusammengepreßt werden, bis letztlich der Schwarzschild-Radius für diese Masse erreicht ist.

Llanes-Estrada und Navarro schlagen als Lösung dieses Problems vor, daß Neutronen unter dem extremen Gravitationsdruck eines Neutronensterns die normale Geometrie in eine kleinere, würfelförmige Form deformiert wird und so eine dichtere Packung erlaubt, obwohl die Teilchen weiter als Neutronen bestehen bleiben.

Wenn sich also herausstellt, daß das Universum am Ende doch keine Strange-Sterne, dafür aber würfelförmige Neutronensterne besitzt, wäre dies trotzdem äußerst ungewöhnlich.

Weiterführende Literatur (im Internet zu finden unter):

arXiv:1108.1859v1

Felipe J. Llanes-Estrada, Gaspar Moreno Navarro

Cubic neutrons (2011)

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