Massive Kugel Astronomen entdecken Rekord-Neutronenstern

Das Weltall hat einen neuen Rekordhalter: Astronomen haben den bisher massereichsten Neutronenstern gefunden. Er liefert Hinweise darauf, wie es im Inneren der geheimnisvollen Sternenleichen aussehen könnte.

Shapiro-Verzögerung (Zeichnung): Weißer Zwerg (vorn) beeinflusst Radiowellen des Pulsars
Bill Saxton / NRAO / AUI / NSF

Shapiro-Verzögerung (Zeichnung): Weißer Zwerg (vorn) beeinflusst Radiowellen des Pulsars


Sie sind die Reste massereicher Sterne, die in einer Supernova explodiert sind - und die Materie in ihrem Inneren ist extrem dicht: Die gesamte Masse eines Neutronensterns ist auf eine Kugel konzentriert, die maximal die Größe einer kleineren Stadt erreicht. Doch ein Fingerhut voll davon würde mehr als 500 Millionen Tonnen wiegen.

Unklar ist, wie genau die Materie im Inneren eines Neutronensterns zusammengesetzt ist. Protonen und Elektronen könnten so starken Kräften ausgesetzt sein, dass sich aus ihnen Neutronen bilden, so eine Vermutung. Solche extremen physikalischen Zustände können auf der Erde aber nur schwer simuliert werden. Neutronensterne sind aber im Prinzip ideale natürliche Laboratorien, in denen sich die dichtesten und exotischsten Zustände der Materie untersuchen lassen.

Wissenschaftler um Paul Demorest vom National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville (US-Bundesstaat Virginia) haben nun den massereichsten bisher bekannten Neutronenstern entdeckt: PSR J1614-2230 besitzt fast genau doppelt so viel Masse wie die Sonne. Damit übertrifft er den bisherigen Rekordhalter, der 1,67 Sonnenmassen besitzt, bei weitem.

Wie die Forscher im Fachmagazin "Nature" schreiben, ist das jetzt analysierte Objekt ein Doppelsternsystem, das aus einem Weißen Zwerg und einem sogenannten Millisekunden-Pulsar besteht. Dabei handelt es sich um einen Neutronenstern, der sich mehr als 300-mal pro Sekunde um die eigene Achse dreht und dabei - von der Erde aus betrachtet - in extrem regelmäßigen Abständen Radiowellen-Pulse aussendet.

Gravitation beeinflusst Radiowellen

In dem System selbst umkreisen sich die beiden Partner innerhalb von etwa neun Tagen gegenseitig. Dieses spezielle Verhalten erlaubte es den Forschern, die Masse des Neutronensterns und seines Begleiters präzise zu bestimmen. Dazu verwendeten sie die sogenannte Shapiro-Verzögerung, eine Folgerung aus Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, die unter diesen Voraussetzungen sehr viel stärker ausgeprägt ist als in anderen Systemen.

Das Prinzip: Die vom Pulsar ausgesandten Radiowellen werden auf ihrem Weg zur Erde von der Gravitation des Weißen Zwergs beeinflusst, so dass sie erst verspätet ankommen. Diese Verzögerung ermöglicht es, die Masse des Weißen Zwergs vergleichsweise genau zu bestimmen - und daraus lässt sich mit Hilfe der bekannten Daten zum Umlaufverhalten des Systems auch auf die Masse des Neutronensterns schließen.

Die unerwartet große Masse des Pulsars hilft den Forschern nun, die bestehenden Theorien zum Aufbau von Neutronensternen auf den Prüfstand zu stellen - vor allem, da sich einige von ihnen durch die theoretisch mögliche Maximalmasse unterscheiden. Demnach sei es sehr unwahrscheinlich, dass Neutronensterne aus sehr exotischen Teilchen - zum Beispiel sogenannten Hyperonen - bestehen, glauben die Forscher. Derartige Modelle könnten daher verworfen werden. Ein Neutronenstern, so folgern die Wissenschaftler, sei vermutlich genau das, was sein Name vermuten lasse.

chs/dapd

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