Physiker haben gerade die bisher genaueste Schätzung der wahren Größe von Neutronensternen erhalten

(Goddard Space Flight Center der NASA)

Wie groß ist ein Neutronenstern ? Diese extrem dichten, kollabierten Sterne sind für stellare Objekte recht klein. Obwohl sie die Masse eines großen Sterns haben, wird ihre Größe oft mit der Breite einer mittelgroßen bis großen Stadt verglichen.

Seit Jahren vermuten Astronomen, dass Neutronensterne einen Durchmesser zwischen 19 und 27 Kilometern (12 bis 17 Meilen) haben. Dies ist angesichts der Entfernungen und Eigenschaften von Neutronensternen eigentlich ziemlich genau. Aber Astronomen haben daran gearbeitet, dies auf eine noch präzisere Messung einzugrenzen.

Ein internationales Forscherteam hat nun genau das getan. Mithilfe von Daten verschiedener Teleskope und Observatorien haben Mitglieder des Albert-Einstein-Instituts (AEI) am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik die Größenschätzungen für Neutronensterne um den Faktor zwei eingegrenzt.



„Wir stellen fest, dass der typische Neutronenstern, der etwa 1,4-mal so schwer ist wie unsere Sonne, einen Radius von etwa 11 Kilometern hat“, sagte Badri Krishnan, der das Forschungsteam am AEI Hannover leitete.

„Unsere Ergebnisse begrenzen den Radius auf einen Wert zwischen 10,4 und 11,9 Kilometern.“

Das Objekt der Studie dieses Teams ist ziemlich berühmt: die Verschmelzung binärer Neutronensterne GW170817 wodurch die Gravitationswellen entstanden 2017 vom LIGO (Laser-Interferometer) entdeckt Gravitationswelle Observatorium) und Virgo-Konsortium.

Dieses Objekt wurde mehrfach von mehreren Teleskopen untersucht, darunter dem Fermi-Satelliten, dem Hubble-Weltraumteleskop und anderen Teleskopen und Observatorien auf der ganzen Welt. All diese Beobachtungen lieferten dem Max-Planck-Team eine Menge Daten, mit denen es arbeiten konnte.

„Verschmelzungen binärer Neutronensterne sind eine Goldgrube an Informationen!“ sagte Collin Capano, Forscher am AEI Hannover und Hauptautor eines Artikel veröffentlicht in Naturastronomie .

„Neutronensterne enthalten die dichteste Materie im beobachtbaren Universum.“ … Indem wir die Eigenschaften dieser Objekte messen, erfahren wir etwas über die grundlegende Physik, die die Materie auf subatomarer Ebene regelt.“

Neutronensterne entstehen, wenn einem massereichen Stern der Treibstoff ausgeht und er kollabiert. Die äußerst zentrale Region des Sterns – der Kern – kollabiert und zerquetscht jedes Proton und Elektron zu einem Neutron.

Wenn der Kern des kollabierenden Sterns etwa eine bis drei Sonnenmassen hat, können diese neu erzeugten Neutronen den Kollaps stoppen und einen Neutronenstern zurücklassen.

Sterne mit noch größeren Massen werden weiterhin zu stellarer Masse kollabieren Schwarze Löcher .

Aber durch den Zusammenbruch in einen Neutronenstern entsteht das dichteste bekannte Objekt – wiederum ein Objekt mit der Masse einer Sonne, das auf die Größe einer Stadt zusammengeschrumpft ist. Und diesen anderen Vergleich haben Sie wahrscheinlich schon einmal gehört, aber er ist eine Wiederholung wert, weil er so dramatisch ist: Ein Zuckerwürfel aus Neutronensternmaterial würde auf der Erde etwa 1 Billion Kilogramm (oder 1 Milliarde Tonnen) wiegen – etwa so viel wie Mount Everest.

Aber da die Größe anderer Sterne stark variieren kann, könnte dann nicht auch die Größe von Neutronensternen variieren?

Um es klarzustellen: Der in dieser Studie angegebene Radius gilt für einen Neutronenstern, dessen Masse 1,4-mal so groß ist wie die unserer Sonne.

„Dies ist eine Referenzmasse, die typischerweise in der Literatur verwendet wird, da fast alle Neutronensterne, die in einem Doppelsternsystem beobachtet wurden, eine Masse haben, die diesem Wert nahe kommt“, sagte Capano in einer E-Mail gegenüber Universe Today.

„Der Grund, warum wir GW170817 verwenden können, um den Radius von Neutronensternen mit 1,4 Sonnenmassen abzuschätzen, liegt darin, dass wir davon ausgehen, dass fast alle Neutronensterne aus dem gleichen Stoff bestehen.“

Bei anderen „normalen“ Sternen hängt die Beziehung zwischen ihrer Masse und ihrem Radius von einer Reihe von Variablen ab, beispielsweise dem Element, das der Stern in seinem Kern verschmilzt, erklärte Capano.

„Neutronensterne hingegen sind so kompakt und dicht, dass es in ihnen keine wirklich getrennten Atome gibt – der gesamte Stern ist im Grunde ein riesiger einzelner Atomkern, der fast ausschließlich aus dicht aneinander gepackten Neutronen besteht“, sagte er.

„Aus diesem Grund kann man sich Neutronensterne nicht so vorstellen, dass sie aus möglicherweise unterschiedlichen Elementen bestehen.“ Tatsächlich hat „Element“ bei diesen Dichten eigentlich keine Bedeutung, da ein Element durch die Anzahl der Protonen definiert wird, die es in seinen Atombestandteilen hat.“

Capano sagte, dass Astronomen eine universelle Zuordnung zwischen Masse und Radius erwarten, die für alle Neutronensterne gilt, da alle Neutronen aus den gleichen Materialien bestehen (Quarks, die durch Gluonen zusammengehalten werden).

„Wenn wir also die mögliche Größe eines Neutronensterns mit einer Masse von 1,4 Sonnenmassen angeben, schränken wir in Wirklichkeit die möglichen physikalischen Gesetze ein, die die subatomare Welt beschreiben“, sagte er.

Wie das Team in seiner Arbeit beschreibt, können ihre Ergebnisse und Prozesse auch auf die Untersuchung anderer astronomischer Objekte angewendet werden, z Pulsare , Magnetare und sogar der Weg Gravitationswellen werden ausgesendet, um Einzelheiten darüber zu liefern, was diese Wellen erzeugt.

„Diese Ergebnisse sind aufregend, nicht nur weil wir die Radienmessungen von Neutronensternen erheblich verbessern konnten, sondern weil sie uns einen Einblick in das endgültige Schicksal von Neutronensternen bei der Verschmelzung von Doppelsternsystemen geben“, sagte Stephanie Brown, Mitautorin der Veröffentlichung und Doktorand am AEI Hannover.

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .

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