Superflüssigkeit im Neutronenstern

Junge Sternleiche kühlt schneller ab als erwartet - Forscher sehen Suprafluidität von Neutronen als Ursache

Cassiopeia A
Cassiopeia A

Petersburg (Russland)/Mexico City (Mexiko) - Die Helligkeit des Neutronensterns Cassiopeia A hat seit seiner Entdeckung im Jahr 1999 um 20 Prozent abgenommen. Diese überraschende Veränderung ist nach Ansicht von zwei Forscherteams die Folge einer schnellen Abkühlung der Neutronen im Inneren der Sternleiche. Dadurch bildete sich eine Superflüssigkeit und energiereiche Neutrinos wurden abgestrahlt. Die Wissenschaftler veröffentlichen ihre Analysen demnächst in den Fachblättern "Physical Review Letters" und "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society".

Cassiopeia A ist der 11.000 Lichtjahre entfernte Überrest einer Sternexplosion, die auf der Erde vor 330 Jahren hätte beobachtet werden können, wenn sie nicht hinter dichten Gas- und Staubwolken stattgefunden hätte. Heute ist am Ort dieser Supernova eine zehn Lichtjahre große Gaswolke sichtbar - die bei der Explosion herausgeschleuderten Außenschichten des sterbenden Sterns - in derem Zentrum der Neutronenstern steht. In Neutronensternen ist die Materie so dicht gepackt wie in Atomkernen, im Inneren der extrem kompakten Objekte bildet sich eine Art dichte Flüssigkeit aus Neutronen.

Messungen mit dem amerikanischen Röntgensatelliten Chandra hatten bereits im vergangenen Jahr gezeigt, dass die Strahlungsintensität des Neutronensterns Cassiopeia A rasant abnimmt. Diese Abnahme hat sich nun durch weitere Messungen von Peter Shternin von der Universität St. Petersburg und seinen Kollegen aus Russland, Canada, Großbritannien und den USA bestätigt. Sowohl Shternin als auch ein weiteres Team um Dany Page von der Universidad Nacional Autonoma de Mexico sehen darin ein Indiz dafür, dass sich der Neutronenstern durch die Entstehung einer Neutronen-Superflüssigkeit abkühlt.

Eine Superflüssigkeit besitzt keinerlei innere Reibung und kann daher beispielsweise an Gefäßwänden empor kriechen. Auf der Erde lässt sich dieses Phänomen bei bis nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühltem Helium beobachten. Die Astrophysiker um Shternin und Page vermuten nun, dass die Neutronen im Inneren des Neutronensterns sich paarweise aneinander koppeln und so eine Superflüssigkeit bilden. Bei diesem Phasenübergang werden Neutrinos freigesetzt, die dem Neutronenstern Energie entziehen und ihn so abkühlen. Wenn diese Erklärung korrekt ist, sollte sich die Abkühlung - und damit auch die Helligkeitsabnahme - im Verlauf von Jahrzehnten verlangsamen.