Entstehung und Eigenschaften von Neutronensternen und Pulsaren

Was passiert, wenn Riesensterne explodieren? Sie erzeugen Supernovae, die zu den dynamischsten Ereignissen im Universum gehören. Diese Sternbrände erzeugen so intensive Explosionen, dass das Licht, das sie aussenden, ganze Galaxien überstrahlen kann. Sie erschaffen jedoch auch etwas viel Seltsameres: Neutronensterne.

Die Entstehung von Neutronensternen

Ein Neutronenstern ist eine wirklich dichte, kompakte Kugel aus Neutronen. Wie wandelt sich ein massereicher Stern von einem leuchtenden Objekt zu einem zitternden, hochmagnetischen und dichten Neutronenstern? Es hängt alles davon ab, wie Stars ihr Leben leben.

Stars verbringen den größten Teil ihres Lebens mit der sogenannten Hauptsequenz. Die Hauptsequenz beginnt, wenn der Stern in seinem Kern die Kernfusion entzündet. Es endet, sobald der Stern den Wasserstoff in seinem Kern erschöpft hat und beginnt, schwerere Elemente zu verschmelzen.

Es geht nur um Masse

Sobald ein Stern die Hauptsequenz verlässt, folgt er einem bestimmten Pfad, der durch seine Masse vorgegeben ist. Masse ist die Menge an Material, die der Stern enthält. Sterne mit mehr als acht Sonnenmassen (eine Sonnenmasse entspricht der Masse unserer Sonne) verlassen die Hauptsequenz und durchlaufen mehrere Phasen, während sie weiterhin Elemente zu Eisen verschmelzen.

Sobald die Fusion im Kern eines Sterns aufhört, beginnt sie sich zusammenzuziehen oder in sich zusammenzufallen, und zwar aufgrund der immensen Schwerkraft der äußeren Schichten. Der äußere Teil des Sterns "fällt" auf den Kern und prallt zurück, um eine massive Explosion zu erzeugen, die als Typ-II-Supernova bezeichnet wird. Abhängig von der Masse des Kerns selbst wird er entweder ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch. 

Wenn die Masse des Kerns zwischen 1,4 und 3,0 Sonnenmassen liegt, wird der Kern nur zu einem Neutronenstern. Die Protonen im Kern kollidieren mit sehr energiereichen Elektronen und bilden Neutronen. Der Kern versteift sich und sendet Stoßwellen durch das Material, das darauf fällt. Das äußere Material des Sterns wird dann in das umgebende Medium ausgetrieben, wodurch die Supernova entsteht. Wenn das übrig gebliebene Kernmaterial größer als drei Sonnenmassen ist, besteht eine gute Chance, dass es sich weiter zusammendrückt, bis es ein Schwarzes Loch bildet. 

Eigenschaften von Neutronensternen

Neutronensterne sind schwer zu studierende und zu verstehende Objekte. Sie emittieren Licht über einen weiten Teil des elektromagnetischen Spektrums - die verschiedenen Wellenlängen des Lichts - und scheinen von Stern zu Stern ziemlich unterschiedlich zu sein. Die Tatsache, dass jeder Neutronenstern unterschiedliche Eigenschaften aufweist, kann den Astronomen jedoch helfen zu verstehen, was sie antreibt.

Das vielleicht größte Hindernis für das Studium von Neutronensternen ist, dass sie unglaublich dicht sind, so dicht, dass eine 14-Unzen-Dose Neutronensternmaterial so viel Masse wie unser Mond haben würde. Astronomen haben keine Möglichkeit, diese Art von Dichte hier auf der Erde zu modellieren. Daher ist es schwierig, die Physik der Vorgänge zu verstehen. Deshalb ist es so wichtig, das Licht dieser Sterne zu studieren, weil es uns Hinweise darauf gibt, was im Inneren des Sterns vor sich geht.

Einige Wissenschaftler behaupten, dass die Kerne von einem Pool freier Quarks dominiert werden - den grundlegenden Bausteinen der Materie. Andere behaupten, dass die Kerne mit einer anderen Art von exotischen Partikeln wie Pionen gefüllt sind.

Neutronensterne haben auch intensive Magnetfelder. Und es sind diese Felder, die teilweise für die Erzeugung der Röntgen- und Gammastrahlen verantwortlich sind, die von diesen Objekten gesehen werden. Wenn Elektronen um und entlang der Magnetfeldlinien beschleunigen, senden sie Strahlung (Licht) in Wellenlängen von optischer Strahlung (Licht, das wir mit unseren Augen sehen können) bis hin zu hochenergetischen Gammastrahlen aus.

Pulsare

Astronomen vermuten, dass sich alle Neutronensterne drehen und zwar ziemlich schnell. Infolgedessen liefern einige Beobachtungen von Neutronensternen eine "gepulste" Emissionssignatur. Neutronensterne werden daher oft als PULSIERENDE STERNE (oder PULSARS) bezeichnet, unterscheiden sich jedoch von anderen Sternen mit variabler Emission. Die Pulsation von Neutronensternen ist auf ihre Rotation zurückzuführen, bei der andere pulsierende Sterne (z. B. Cephid-Sterne) pulsieren, wenn sich der Stern ausdehnt und zusammenzieht.

Neutronensterne, Pulsare und Schwarze Löcher sind einige der exotischsten Sternobjekte im Universum. Ihr Verständnis ist nur ein Teil des Lernens über die Physik von Riesensternen und wie sie geboren werden, leben und sterben.

Herausgegeben von Carolyn Collins Petersen.