Modelliert: Ozeane auf Neutronensternen

Amerikanische Forscher haben erstmalig modelliert, wie sich auf einem Neutronenstern aus einem flüssigen Ozean neue kristalline Kruste aufbaut. Dabei zeigte sich im Gegensatz zu den bisherigen Annahmen der Astrophysiker, dass die chemische Zusammensetzung von Ozean und Kruste eines Neutronensterns unterschiedlich sein kann.

Bloomington (USA) - In dem Ozean reichern sich leichte Elemente an, wie die Wissenschaftler demnächst im Fachblatt "Physical Review E" berichten. Dies könne möglicherweise auch die häufig beobachteten nuklearen Explosionen auf Neutronensternen erklären.

Neutronensterne sind Überreste massereicher Sterne, die ihr Leben in einer Supernova-Explosion ausgehaucht haben. Bei dieser Explosion stoßen die sterbenden Sterne ihre äußeren Schichten ins Weltall ab, während das Innere zu einem extrem dichten Objekt zusammenstürzt -- je nach Masse entsteht so entweder ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch. Im Inneren eines Neutronensterns ist die Materie so dicht gepackt wie in den Atomkernen. Die Kerne verlieren ihre Individualität, es entsteht eine dichte Flüssigkeit aus Neutronen. Im Außenbereich des Neutronensterns ist der Druck geringer, dort können die Atomkerne ihre individuelle Existenz bewahren und eine kristalline Kruste bilden.

Manche Neutronensterne bilden ein enges Paar mit einem gewöhnlichen Stern. In solchen Fällen strömt Materie von dem normalen Stern auf den Neutronenstern hinüber. Durch nukleare Reaktionen entsteht aus dieser Materie -- zunächst überwiegend Wasserstoff -- eine Vielzahl unterschiedlicher Elemente, die einen flüssigen Ozean auf dem Neutronenstern bilden. Am Grund des Ozeans lagert sich die Materie ab und baut so kristallines Krustenmaterial auf.

Die Simulationen von Charles Horowitz von der Indiana University in Bloomington und seinen Kollegen zeigen nun, dass es bei diesem Prozess zu einer chemischen Separation der Elemente kommt. Es sind vor allem Metalle, die die neue Kruste aufbauen, während leichtere Elemente sich in dem Ozean des Neutronensterns anreichern. Dies könnte auch erklären, warum es auf manchen Neutronensternen alle ein, zwei Jahre zu gewaltigen nuklearen Explosionen kommt. Die Astrophysiker gehen zwar davon aus, dass es sich hierbei um Kernverschmelzungen von Kohlenstoff handelt. Doch bislang hatten sie keine Erklärung dafür, wie sich auf der Oberfläche eines Neutronensterns ein ausreichender Anteil von Kohlenstoff ansammeln kann. Der von Horowitz und seinem Team entdeckte Separationsprozess könnte die gesuchte Ursache dafür sein. Allerdings haben die Forscher in ihrer Simulationen bislang Kohlenstoff nicht berücksichtigt -- es sind also noch weitere Forschungsarbeiten nötig, um die Frage endgültig zu klären.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/news/2007/modelliert-ozeane-auf-neutronensternen/