Neutronensterne bestehen wirklich aus Neutronen

Schwerster bisher bekannter Neutronenstern widerlegt Theorien über deren Zusammensetzung

Radiopulse von Neutronenstern
Radiopulse von Neutronenstern

Charlottesville (USA) - Forschern ist es gelungen, mit einem Teleskop die Masse des bisher schwersten bekannten Neutronensternes zu bestimmen. In ihm ist die Masse von zwei Sonnen auf die Größe einer Stadt komprimiert. Die Erkenntnisse, die sich daraus ergeben, revolutionieren die bisherigen Theorien über die Zusammensetzung extrem dichter Objekte.

Neutronensterne sind rotierende Himmelskörper, die bei Supernova-Explosionen entstehen. Sie sind die dichtesten bekannten Objekte unseres Universums. Die Elektronen und Protonen in ihrem Innern liegen so nahe beieinander, dass sie zu Neutronen verschmelzen. Diese extremen Bedingungen machen Neutronensterne zu einem idealen Versuchslabor, um mehr über das Verhalten von Materie bei hohen Dichten herauszufinden.

Der von der Forschergruppe um Paul Demorest am National Radio Astronomy Observatory in Virginia untersuchte Neutronenstern trägt den Namen PSR J1614-2230 und befindet sich etwa 3000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Pro Sekunde rotiert er etwa 317-mal um seine eigene Achse. Ähnlich einem Leuchtturm sendet er dabei Strahlungspulse im Radiofrequenzbereich aus. Wegen dieser Eigenschaft nennt man ihn auch Pulsar. PSR J1614-2230 bewegt sich allerdings nicht alleine durchs Universum, sondern wird von einem weißen Zwerg begleitet der ihn alle neun Tage umkreist.

Der Umstand, dass sich die Umlaufbahn des weißen Zwerges genau zwischen Neutronenstern und Erde befindet, erlaubte es den Forschern, die Massen der beiden Sterne zu bestimmen. Hierbei machten sie sich ein bekanntes relativistisches Phänomen, den Shapiro-Effekt, zu Nutze. Dieser bewirkt, dass Strahlung in der Nähe schwerer Objekte scheinbar abgebremst wird, da diese die vierdimensionale Raumzeit verformen. Alle neun Tage befindet sich der weiße Zwerg genau zwischen dem Neutronenstern und der Erde. Die gleichmäßige Frequenz, mit der die Lichtblitze im Teleskop ankommen, wird dadurch gestört. Aus der Verzögerung der Lichtblitze kann man auf die Krümmung der Raumzeit durch den weißen Zwerg und somit auf seine Masse schließen. Zusammen mit der Umlaufzeit des weißen Zwergs bestimmt diese die Masse des Neutronensterns.

Einige Theorien gehen davon aus, dass solch dichte Objekte wie PSR J1614-2230 zu einem großen Teil aus freien Quarks - den Bausteine von Neutronen - und exotischen Teilchen wie Hyperonen und Kaonen bestehen. Im Falle freier Quarks dürfte die Masse des Neutronensterns allerdings nur das eineinhalbfache der Sonnenmasse betragen. Die Wissenschaftler berechneten diese allerdings auf das Doppelte der Sonne. Die Folgerung: Neutronensterne scheinen hauptsächlich aus Neutronen zu bestehen. Deshalb muss die Theorie über ihre Zusammensetzung nun neu überdacht werden.