Anzeige
 Home  |  Nachrichten  | Frag astronews.com  | Bild des Tages  |  Kalender  | Glossar  |  Links  | Forum  | Über uns    
astronews.com  
Nachrichten

astronews.com
astronews.com

Der deutschsprachige Onlinedienst für Astronomie, Astrophysik und Raumfahrt

Home  : Nachrichten : Forschung : Artikel [ Druckansicht ]

 
NEUTRONENSTERNE
Protonen stabilisieren "nukleare Pasta" im Inneren von Neutronensternen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Technischen Universität Darmstadt
astronews.com
9. Juli 2024

Das Innere von Neutronensternen ist deutlich exotischer als sich die meisten Menschen vorstellen dürften. So könnten sich hier Protonen und Neutronen zu Platten und Fäden verformen und eine Art "nukleare Pasta" bilden. Neue Berechnungen zeigen nun, wie aus dem Atomkern herausfließende Protonen diese Pasta stabilisieren können.

Neutronenstern

Künstlerische Darstellung eines Neutronensterns mit seinem Magnetfeld. Bild: ESA / ATG  [Großansicht]

Es sind extreme und rätselhafte Himmelskörper, in die Astrophysiker nicht hineinsehen können: Neutronensterne. Mit einem Radius von etwa zwölf Kilometern haben sie zum Teil mehr als die doppelte Masse der Sonne. In ihnen ist die Materie bis zu fünfmal so dicht gepackt wie in einem Atomkern – neben Schwarzen Löchern sind sie die dichtesten Objekte im Weltall. Unter den extremen Bedingungen kann Materie exotische Zustände annehmen. Eine Hypothese ist, dass sich die Bausteine der Atomkerne - Protonen und Neutronen - zu Platten und Fäden verformen, ähnlich wie Lasagne oder Spaghetti, weshalb Fachleute auch von "nuklearer Pasta" sprechen. Forschende des Fachbereichs Physik der TU Darmstadt und des Niels-Bohr-Instituts in Kopenhagen haben nun den Zustand der Kernmaterie in der inneren Kruste von Neutronensternen mithilfe eines neuen theoretischen Ansatzes untersucht. Sie zeigten, dass dort nicht nur Neutronen, sondern auch Protonen aus Atomkernen "herausfließen" und die "nukleare Pasta" stabilisieren können.

Anzeige

Neutronensterne entstehen, wenn massereiche Sterne in einer Supernova explodieren: Während die äußere Hülle des Sterns ins All geschleudert wird, kollabiert sein Inneres. Durch die massive Gravitationskraft werden die Atome regelrecht zerquetscht. Die negativ geladenen Elektronen werden trotz ihrer Abstoßung so dicht an die positiv geladenen Protonen im Atomkern gepresst, dass sich in Neutronen umwandeln. Die starke Kernkraft verhindert dann den weiteren Kollaps. Am Ende entsteht ein Himmelskörper, der zu etwa 95 Prozent aus Neutronen und zu fünf Prozent aus Protonen besteht, eben ein "Neutronenstern".

Die Darmstädter Forschenden um Achim Schwenk sind Experten für theoretische Kernphysik, wobei Neutronensterne zu ihren wichtigsten Forschungsobjekten gehören. In der jetzt vorgestellten Studie haben sie sich mit der Kruste dieser extremen Himmelskörper beschäftigt. In der äußeren Kruste ist die Materie bei weitem nicht so dicht wie im Inneren und es existieren noch Atomkerne. Mit zunehmender Dichte kommt es in den Atomkernen bereits zu einem Neutronenüberschuss. Die Neutronen "tropfen" aus den Kernen heraus, ein Phänomen, das als "neutron drip" bezeichnet wird. Die Atomkerne "schwimmen" also in einer Art Soße aus Neutronen.

"Wir haben uns gefragt, ob neben Neutronen auch Protonen aus den Kernen tropfen", sagt Schwenk. "Die Literatur war in dieser Frage nicht eindeutig." Das Team mit Jonas Keller und Kai Hebeler von der TU Darmstadt und Christopher Pethick vom Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen hat den Zustand der Kernmaterie unter den Bedingungen in der Neutronenstern-Kruste neu berechnet. Anders als bisher berechneten sie deren Energie als Funktion des Protonenanteils. Außerdem bezogen sie nicht nur die Wechselwirkungen zwischen jeweils zwei Kernbausteinen in ihre Rechnungen ein, sondern auch die zwischen drei Nukleonen.

Die Methode war erfolgreich: Die Forschenden konnten zeigen, dass auch Protonen in der inneren Kruste aus den Atomkernen herausfließen. Der "proton drip" existiert also. Diese aus Protonen bestehende Phase koexistiert im Gleichgewicht mit den Neutronen. "Wir konnten auch zeigen, dass diese Phase das Phänomen von 'nuklearer Pasta' begünstigt", sagt Schwenk. Dank der in die "Soße" eingestreuten Protonen können die Nukleonen in Spaghetti- und Lasagne-Formen besser existieren. Damit konnte das Team das Bild der Kernmaterie in der Kruste von Neutronensternen verfeinern. "Je besser wir Neutronensterne beschreiben können, desto mehr können wir mit Beobachtungen dieser Himmelskörper vergleichen", sagt Schwenk.

Neutronensterne sind astrophysikalisch schwer zu fassen. Zum Beispiel kennt man ihren sehr kleinen Radius nicht aus direkter Beobachtung, sondern aus indirekten Nachweisen, etwa ihrer Gravitationswirkung auf andere Neutronensterne. Andere Phänomene, wie die pulsierende Radiostrahlung von Neutronensternen, können jedoch beobachtet werden. Das Ergebnis des Teams verbessert das theoretische Verständnis von Neutronensternen und könnte dazu beitragen, aus astrophysikalischen Messungen neue Erkenntnisse über diese faszinierenden Objekte zu gewinnen.

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.

Forum
Protonen stabilisieren "nukleare Pasta" im Inneren von Neutronensternen. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
Neutronensterne: Harter oder weicher Kern und Radius von zwölf Kilometern - 22. November 2022
Kernphysik: Die Materie im Inneren von Neutronensternen - 18. Dezember 2018
Gravitationswellen: Die Größe von Neutronensternen - 2. Juli 2018
Simulationen: Wie groß sind Neutronensterne? - 5. Dezember 2017
Neutronensterne: Detaillierte Simulationen auf Supercomputer - 26. Oktober 2017
Links im WWW
Keller, J. et al. (2024): Neutron Star Matter as a Dilute Solution of Protons in Neutrons, Phys. Rev. Lett., 132, 232701
TU Darmstadt
In sozialen Netzwerken empfehlen
 
 
Anzeige
astronews.com 
Nachrichten Forschung | Raumfahrt | Sonnensystem | Teleskope | Amateurastronomie
Übersicht | Alle Schlagzeilen des Monats | Missionen | Archiv
Weitere Angebote Frag astronews.com | Forum | Bild des Tages | Newsletter
Kalender Sternenhimmel | Startrampe | Fernsehsendungen | Veranstaltungen
Nachschlagen AstroGlossar | AstroLinks
Info RSS-Feeds | Soziale Netzwerke | astronews.com ist mir was wert | Werbung | Kontakt | Suche
Impressum | Nutzungsbedingungen | Datenschutzerklärung | Cookie-Einstellungen
     ^ Copyright Stefan Deiters und/oder Lieferanten 1999-2023. Alle Rechte vorbehalten.  W3C
Diese Website wird auf einem Server in der EU gehostet.

© astronews.com / Stefan Deiters und/oder Lieferanten 1999 - 2020
Alle Rechte vorbehalten. Vervielfältigung nur mit Genehmigung.


URL dieser Seite: https://www.astronews.com:443/news/artikel/2024/07