Neue Methode zur Vermessung von Neutronensternen

Amerikanische Astronomen haben erstmals mit Erfolg eine neue Methode zur Vermessung von Neutronensternen angewendet. Den Forschern gelang es, die Bewegung von heißen Eisenatomen unmittelbar über der Oberfläche der Sternenleichen zu beobachten.

Greenbelt (USA)/Ann Arbor (USA) - Das Eisengas bewegt sich dort mit 40 Prozent der Lichtgeschwindigkeit, wie die Messungen zeigen. Die Neutronensterne können demnach nicht größer sein als 29 bis 33 Kilometer, schreiben die Wissenschaftler in zwei Fachaufsätzen im "Astrophysical Journal". Die Astronomen hoffen, dass ihnen die neue Methode künftig neue Erkenntnisse über den Zustand der Materie im Inneren von Neutronensternen liefert.

"Was wir machen ist Grundlagenphysik", betont Sudip Bhattacharyya vom Goddard Space Center der Nasa. "Im Zentrum von Neutronensternen könnte es exotische Elementarteilchen oder exotische Materiezustände geben wie zum Beispiel so genannte Quarkmaterie. Es ist jedoch unmöglich, solche extremen Zustände im Labor zu erzeugen. Wir können darüber also nur etwas lernen, indem wir Neutronensterne verstehen."

Neutronensterne sind extrem dichte Endzustände massereicher Sterne. In einer Supernova-Explosion stoßen solche Sterne am Ende ihres Lebens ihre äußeren Schichten ab, während ihr Inneres zu einem Neutronenstern kollabiert. Der Druck in den Neutronensternen ist so groß, dass die Elektronen in die Atomkerne gepresst werden -- aus Protonen werden Neutronen, deshalb besteht schließlich der ganze Sternen-Überrest nur noch aus diesen elektrisch neutralen Kernteilchen.

Bhattacharyya und seinen Kollegen ist es nun dank des hohen spektralen Auflösungsvermögens des europäischen Röntgensatelliten XMM-Newton und seines japanischen Gegenstücks Suzaka gelungen, bei mehreren Neutronensternen die Strahlung heißer Eisenatome zu vermessen, die in einer Materiescheibe um die Neutronensterne herumwirbeln. Die Strahlung des Eisens konnte zwar schon bei früheren Messungen aufgespürt werden, doch bislang reichte die Genauigkeit der Beobachtungen nicht aus, um die Form der Spektrallinien und damit die Bewegung des Gases genau zu analysieren.

Die Methode bietet den Astronomen nun eine neue Möglichkeit, die Größe der Sternenleichen mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. "Das Gas kann offensichtlich nicht näher an den Neutronenstern heran, als bis an seine Oberfläche", erklärt der ebenfalls an den Beobachtungen beteiligte Edward Cackett von der University of Michigan. "Unsere Messungen liefern uns also den maximalen Durchmesser des Neutronensterns." Aus Masse und Durchmesser können die Forscher dann Rückschlüsse über den Materiezustand im Inneren des Objekts ziehen -- und darauf, wie sich die Materie unter diesen extremen Bedingungen verhält.