Neutronensterne und Pulsare: Entstehung und Eigenschaften

Dieses Bild des Krebsnebels zeigt die Röntgenemission des zentralen Pulsars der Region. Bildnachweis: NASA

Was passiert, wenn riesige Sterne explodieren? Sie kreieren Supernovae , die zu den dynamischsten Ereignissen in gehören das Weltall . Diese Sternbrände erzeugen so intensive Explosionen, dass das Licht, das sie aussenden, alles überstrahlen kann Galaxien . Allerdings erschaffen sie aus den Überbleibseln auch etwas viel Seltsameres: Neutronensterne.

Die Entstehung von Neutronensternen

Ein Neutronenstern ist ein wirklich dichter, kompakter Ball aus Neutronen. Wie wird also 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 auf dem, was als bekannt ist Hauptsequenz . Die Hauptsequenz beginnt, wenn der Stern in seinem Kern eine Kernfusion auslöst. Sie endet, sobald der Stern den Wasserstoff in seinem Kern erschöpft hat und beginnt, schwerere Elemente zu verschmelzen.

Es dreht sich alles um Masse

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

Sobald die Fusion im Kern eines Sterns aufhört, beginnt er sich aufgrund der immensen Schwerkraft der äußeren Schichten zusammenzuziehen oder in sich zusammenzufallen. Der äußere Teil des Sterns „fällt“ auf den Kern und prallt zurück, um eine gewaltige Explosion zu erzeugen, die als Typ-II-Supernova bezeichnet wird. Abhängig von der Masse des Kerns selbst wird er entweder zu einem Neutronenstern oder einem Schwarzen 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 erzeugen Neutronen. Der Kern versteift sich und sendet Stoßwellen durch das Material, das auf ihn 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 weiter komprimiert wird, bis es ein Schwarzes Loch bildet.

Eigenschaften von Neutronensternen

Neutronensterne sind schwer zu untersuchende und zu verstehende Objekte. Sie senden Licht über einen breiten Teil des elektromagnetischen Spektrums aus – die verschiedenen Wellenlängen des Lichts – und scheinen von Stern zu Stern ziemlich unterschiedlich zu sein. Allein die Tatsache, dass jeder Neutronenstern unterschiedliche Eigenschaften aufzuweisen scheint, kann Astronomen helfen zu verstehen, was sie antreibt.

Das vielleicht größte Hindernis für die Untersuchung von Neutronensternen ist ihre unglaubliche Dichte, so dicht, dass eine 14-Unzen-Dose Neutronensternmaterial so viel Masse wie unser Mond hätte. Astronomen haben keine Möglichkeit, diese Art von Dichte hier auf der Erde zu modellieren. Daher ist es schwierig, die zu verstehenPhysikvon dem, was los ist. Aus diesem Grund ist es so wichtig, das Licht dieser Sterne zu untersuchen, da 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 von Angelegenheit . 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 Entstehung der Röntgenstrahlen verantwortlich sind gamma Strahlen die von diesen Objekten aus gesehen werden. Wenn Elektronen um und entlang der Magnetfeldlinien beschleunigen, die sie emittieren Strahlung (Licht) in Wellenlängen von optisch (Licht, das wir mit unseren Augen sehen können) bis hin zu sehr hochenergetischen Gammastrahlen.

Pulsare

Astronomen vermuten, dass alle Neutronensterne rotieren, und zwar ziemlich schnell. Infolgedessen ergeben einige Beobachtungen von Neutronensternen eine „gepulste“ Emissionssignatur. Daher werden Neutronensterne oft als PULSating stARS (oder PULSARS) bezeichnet, unterscheiden sich aber von anderen Sternen mit variabler Emission. Die Pulsation von Neutronensternen ist auf ihre zurückzuführen Drehung , während andere Sterne, die pulsieren (z. B. Cephid-Sterne), pulsieren, wenn sich der Stern ausdehnt und zusammenzieht.

Neutronensterne, Pulsare und Schwarze Löcher gehören zu den exotischsten stellaren Objekten im Universum. Sie zu verstehen ist nur ein Teil des Lernens über die Physik von Riesensternen und wie sie geboren werden, leben und sterben.

Bearbeitet vonCarolyn Collins Petersen.