Nukleare Pasta – die härteste bekannte Substanz im Universum

Schematische Darstellungen unterschiedlicher Strukturen in der nuklearen Pasta, die beim inneren Aufbau von Neutronensternen eine wichtige Rolle spielt. (Credits: McGill University)
Schematische Darstellungen unterschiedlicher Strukturen in der nuklearen Pasta, die beim inneren Aufbau von Neutronensternen eine wichtige Rolle spielt. (Credits: McGill University)

Ein Forschungsteam hat die Härte der Materie tief innerhalb der Kruste von Neutronensternen berechnet und festgestellt, dass es das härteste bekannte Material im Universum ist.

Matthew Caplan, ein Postdoktorand an der McGill University, und seine Kollegen von der Indiana University und dem California Institute of Technology (Caltech) ließen erfolgreich die umfangreichsten Computersimulationen laufen, die jemals über die Krusten von Neutronensternen durchgeführt wurden. Erstmals beschrieben sie dadurch das Aufbrechen dieser Strukturen.

“Die Härte der Neutronensternkruste, insbesondere ihr Boden, ist relevant für eine große Anzahl astrophysikalischer Probleme, aber sie ist nicht sehr gut verstanden”, sagte Caplan.

Neutronensterne entstehen durch Supernovae bei einem Kollaps, der ein Objekt von der Größe der Sonne ungefähr auf die Größe der Stadt Montreal komprimiert, wodurch sie hundert Billionen Mal dichter als alles auf der Erde werden. Ihre immense Gravitationskraft lässt ihre äußeren Schichten fest werden, was sie hinsichtlich des schematischen Aufbaus grob mit der Erde vergleichbar macht: Sie besitzen eine dünne Kruste, die einen flüssigen Kern umgibt.

Diese hohe Dichte lässt die Materie, aus der ein Neutronenstern besteht – die sogenannte “nukleare Pasta” – eine einzigartige Struktur annehmen. Unterhalb der Kruste sorgen die Kräfte zwischen den Protonen und Neutronen dafür, dass sie Formen wie lange Zylinder oder flache Flächen annehmen, die in der Literatur als “Spaghetti” oder “Lasagne” bezeichnet werden – daher der Name nukleare Pasta. Zusammen machen die enormen Dichten und die eigenartigen Formen die nukleare Pasta unglaublich steif.

Dank ihrer Computersimulationen, die zwei Millionen Stunden Prozessorzeit oder das Äquivalent von 250 Jahren Berechnungszeit mit einem Laptop mit einem einzigen guten Prozessor erforderten, waren Caplan und seine Kollegen in der Lage, die Materie tief innerhalb der Kruste von Neutronensternen zu dehnen und zu deformieren.

“Unsere Ergebnisse sind nützlich für Astronomen, die Neutronensterne untersuchen. Die äußere Schicht von Neutronensternen ist der Teil, den wir tatsächlich beobachten. Um astronomische Beobachtungen dieser Sterne zu interpretieren, müssen wir diesen Teil verstehen”, ergänzte Caplan.

Die Ergebnisse, zur Veröffentlichung in den Physical Review Letters eingereicht, könnten Astrophysikern helfen, Gravitationswellen besser zu verstehen, die von Neutronensternen stammen – beispielsweise jene von der Kollision zweier Neutronensterne, die im letzten Jahr registriert wurden. Ihre neuen Ergebnisse deuten sogar darauf hin, dass einzelne Neutronensterne kleine Gravitationswellen erzeugen könnten.

“Hier spielen sich viele interessante physikalische Prozesse unter extremen Bedingungen ab. Die physikalischen Eigenschaften von Neutronensternen zu verstehen ist deshalb eine Möglichkeit für Wissenschaftler, um ihre Theorien und Modelle zu überprüfen”, sagte Caplan. “Mit diesem Ergebnis müssen viele Probleme neu bewertet werden. Wie groß kann ein Berg auf einem Neutronenstern werden, bevor die Kruste bricht und kollabiert? Wie wird das aussehen? Und vor allem: Wie können Astronomen es beobachten?”

Quelle

(THK)

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2 Kommentare

  1. Ja, wie gross kann denn nun eine Erhebung auf einem Neutronenstern werden? Ich las mal etwas von ca. 1 mm, womit die Oberfläche wohl mit das Glatteste sei, was es in der Natur gibt…

  2. Ja, nach bisherigem Kenntnissstand sind es höchstens ein paar Millimeter. Inwieweit dieser Wert noch gilt, werden zukünftige Arbeiten zeigen. Studien wie diese engen den Wertebereich immer weiter ein, aber am Ziel ist man trotzdem noch lange nicht. Neutronensterne sind sehr komplexe Gebilde und die Beobachtungen sind nicht leicht. Simulationen helfen, aber benötigen immer genauere Messungen, damit sie entsprechend verfeinert werden können.

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