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Das Innere von Neutronensternen
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Frankfurt
astronews.com
4. Mai 2020
Der modernen Teilchenphysik zufolge ist Materie im Inneren
verschmelzender Neutronensterne so dicht, dass sie aufgelöst in ihre
Elementarteilchen vorliegen könnte. Dieser Materiezustand, das sogenannte Quark-Gluon-Plasma,
könnte ein bestimmtes Muster in Gravitationswellen hervorrufen. Dies ergaben
jetzt Simulationen mithilfe von Supercomputern.
Montage aus Computersimulation der
verschmelzenden Neutronensterne (links) und dem
Bild einer Schwerionenkollision, die die
Verbindung von Astrophysik und Kernphysik
verdeutlicht.
Bild: Lukas R. Weih & Luciano Rezzolla
(Goethe-Universität Frankfurt) / CMS CERN
(rechts) [Großansicht] |
Neutronensterne gehören zu den dichtesten Objekten im Universum: Wäre unsere
Sonne mit ihrem Radius von 700.000 Kilometern ein Neutronenstern, so wäre ihre
Masse in einer nahezu perfekten Kugel mit einem Radius von rund zwölf Kilometern
zusammengepresst. Wenn zwei Neutronensterne miteinander kollidieren und zu einem
hypermassiven Neutronenstern verschmelzen, so wird die Materie im Kern dieses
neuen Objekts unvorstellbar heiß und dicht.
Physikalischen Berechnungen zufolge hätte dies zur Folge, dass sich Hadronen
wie zum Beispiel Neutronen und Protonen – aus diesen Teilchen setzt sich die
Materie in unserer Umgebung zusammen – in ihre Bestandteile Quarks und Gluonen
auflösen und ein Quark-Gluon-Plasma bilden. 2017 wurde erstmals entdeckt, dass
verschmelzende Neutronensterne ein Signal in Form einer Gravitationswelle
verursachen, die auf der Erde detektiert werden kann. Aus der Gravitationswelle
lässt sich nicht nur etwas über Gravitation lernen, sondern auch über das
Verhalten von Materie unter extremen Bedingungen.
Bei der ersten Entdeckung solcher Gravitationswellen 2017 wurden diese
allerdings nicht über den Verschmelzungszeitpunkt hinaus aufgezeichnet. Dort
setzt die Arbeit der Frankfurter Physiker an. Sie simulierten in einem
Computermodell verschmelzende Neutronensterne und das Produkt dieser
Verschmelzung, um die Bedingungen zu untersuchen, unter denen ein Übergang von
Hadronen zu einem Quark-Gluon-Plasma stattfinden könnte und wie sich dies auf
die entstehende Gravitationswelle auswirken würde.
Das Ergebnis: In einer bestimmten, späten Phase der Existenz des
verschmolzenen Objekts fand ein Phasenübergang zu einem Quark-Gluon-Plasma statt
und hinterließ ein klares und charakteristisches Muster im
Gravitationswellensignal. Professor Luciano Rezzolla von der Goethe-Universität
ist überzeugt: "Wir haben ein im Vergleich zu bisherigen Simulationen neues und
wesentlich klarer zu detektierendes Muster in den Gravitationswellen entdeckt.
Wenn sich dieses Muster in den Gravitationswellen findet, die wir von künftigen
Neutronenstern-Verschmelzungen empfangen, haben wir einen deutlichen Beweis für
die Entstehung eines Quark-Gluon-Plasmas im heutigen Universum."
Die Ergebnisse wurden jetzt in den Physical Review Letters veröffentlicht.
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