Neutronensterne sind Himmelsobjekte im Universum, die das Endstadium in der Sternentwicklung eines massereichen Sterns darstellen. Diesen Sternleichen gilt ein eingehendes Forschungsinteresse, denn ihr Innenleben spaltet die Welt der Astrophysik. Welche Vorgänge spielen sich im Inneren der Neutronensterne ab – wie verhält sich Materie innerhalb der Himmelskörper? Zwei Szenarien erscheinen Forschern zufolge plausibel: Entweder bleiben die Neutronen im Inneren intakt und wabern durcheinander, oder der extreme Druck, der sich sich in Neutronensternen aufgrund der hohen Konzentration von Masse auf engem Raum in Kombination mit der Schwerkraft aufbaut, sprengt die Partikel und setzt die Quarks aus ihrem Inneren frei. Eine aktuelle Studie fällt nun eine Entscheidung.

Innenleben von Neutronensternen: Intakter oder freischwimmender Kern?

Wie verhält sich Materie im Inneren von Neutronensternen? Eine Studie von Astrophysikern der Universität Helsinki, die kürzlich im Fachjournal Nature Physics veröffentlicht wurde, beleuchtet ebendieses Thema näher. Die verfügbaren Beobachtungsdaten und sämtliche denkbaren Modelle suggerieren demnach, dass sehr schwere Neutronensterne einen „suppenartigen“ Kern aus frei schwimmenden Quarks aufweisen – somit bestehe insbesondere der Kern von Neutronensternen aus einem Quark-Gluon-Plasma.

„Der Nachweis der Existenz freischwimmender Quarks im Inneren von Neutronensternen gilt als eines der wichtigesten Ziele der Neutronenstern-Physik, seit diese Möglichkeit vor etwa 40 Jahren erstmals in Betracht gezogen wurde“, erklärt Astrophysiker Aleksi Vuorinen, einer der Hauptautoren der Studie.

Auf diese Ergebnisse stützt sich die Studie

Hinsichtlich der Neutronenstern-Forschung gelten besonders zwei Entdeckungen der letzten Jahre als enorm interessant: So entdeckten und analysierten Wissenschaftler im Jahr 2017 die Gravitationswellen eines Neutronenstern-Chrashs. Aufgrund dessen lassen sich die Größe sowie die Dehnbarkeit von Neutronensternen mittlerweile weitestgehend eingrenzen. Weiterhin wurde im Jahr 2010 eine auffällig schwere Sternleiche aufgespürt, das fast doppelt so viel Masse in sich vereint wie unsere Sonne.

Innerhalb der Studie untersuchten die finnischen Forscher nun, welche der 570 000 denkbaren Zustandsgleichungen für die Materie von Neutronensternen nicht nur ebendiese Rahmenbedingungen erfüllen, sondern trafen auch Annahmen über das Innenleben des jeweiligen Neutronenstern-Kerns.

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Die untersuchten Objekte könnten demnach zwar ohne freischwimmende Quarkmaterie existieren, für sehr schwere Himmelskörper müssten jedoch wiederum extreme Annahmen getroffen werden, beispielsweise würde die Schallgeschwindigkeit in ihnen einen seltsam hohen Wert erreichen. Ein Kern aus frei schwimmenden Quarks sei dem Forscherteam zufolge in diesen Fällen daher die deutlich plausiblere Variante, berichtet Spektrum.

Geheimnisvolle Himmelsobjekte

Ein weiteres Rätsel des Universums scheint mit der Annahme des Forscherteams hinsichtlich des Innenlebens von Neutronensternen somit gelöst. Übrigens: Kommen sich zwei solcher Giganten im Universum nahe, verschmelzen sie – und unglaubliche Temperaturen werden bei so einer Kollision freigesetzt. Ein Fund aus dem letzten Jahr erscheint ebenso spektakulär, denn er deutet auf eine Kollision zwischen einem Schwarzen Loch und einem Neutronenstern hin.