Ehrlich gesagt muss ich zugeben, dass das, worauf wir uns in diesem Comic bezogen haben, vermutlich wissenschaftlich nicht ganz korrekt ist. Er spielt nämlich auf die Vorstellung an, dass Neutronensterne nur aus Neutronen bestehen, die ja elektrisch neutral sind. Lange hat man sich das wirklich so vorgestellt, doch neuere Beobachtungen und Berechnungen zeigen, dass das wohl viel zu sehr vereinfacht ist und daher sollte ich mit euch nun auch etwas genauer hinschauen.
Doch von vorne: Was ist ein Neutronenstern überhaupt? Neutronensterne sind gewissermaßen Sternenleichen von sehr massereichen Sternen. Schauen wir uns also kurz an, was mit Sternen an ihrem „Lebensende“ passiert: Zur Zeit ihres Lebens drückt die Schwerkraft oder Gravitationskraft den Stern nach innen, während der Strahlungsdruck, der durch die Kernfusion verursacht wird, nach außen drückt (für Kernfusion siehe Weltallwissend 01 „Der Tod der Sonne“). Diese beiden Kräfte halten sich also ungefähr das Gleichgewicht. (Im Laufe eines Sternenlebens gibt es dabei auch hin und wieder Schwankungen, doch darauf möchte ich jetzt nicht genauer eingehen.)
Wie ein Stern sich entwickelt, hängt von seiner Masse ab. Die Entwicklung von massearmen Sternen findet ihr ebenfalls in Weltallwissend-Beitrag 01 „Der Tod der Sonne“. Die Entwicklung von massereichen Sternen habe ich auch schon mal erklärt (siehe Weltallwissend-Beitrag 20 „Supernova“), jedoch werde ich sie hier kurz wiederholen. In ihnen wird durch die Kernfusion nach einiger Zeit im Kern Eisen entstehen. Dieses kann jedoch nicht mehr weiterfusioniert werden. Im Kern des Sternes hört die Kernfusion also auf.
Da die Kernfusion dort aufgehört hat, existiert im Kern der Strahlungsdruck nicht mehr. Die Gravitation hat also keinen nennenswerten Gegenspieler mehr und drückt den Stern sehr schnell zusammen. So werden 1-2 Sonnenmassen (also Materie, die ungefähr so schwer bis doppelt so schwer wie unsere Sonne ist) sehr schnell in einer Kugel mit einem Durchmesser von ungefähr 20 Kilometern zusammengedrückt!
Masse und Radius dieser Kugel sind natürlich bei allen Sternen etwas unterschiedlich, ich will nur verdeutlichen, um welche Maßstäbe es hier geht. Die Sonne hat einen Durchmesser von ungefähr 1,4 Millionen Kilometern! Und ihre Masse (oder noch etwas mehr) wird bei einer solchen Supernova in eine Kugel mit einem Durchmesser von 20 Kilometern gepresst. Das muss man sich mal auf der Zunge zergehen lassen!
Die äußeren Schichten des Sternes fallen nun mit sehr hoher Geschwindigkeit auf dieses dichte Material zu und werden wie auf einem Trampolin einfach zurückgeworfen. Wir sehen dann, dass der Stern in einer Supernova explodiert. Die dichte Kugel, die dabei im Inneren übrig bleibt, ist das, was wir später einen Neutronenstern nennen. Daher schauen wir uns mal am besten an, was da drin vor sich geht. Irgendwoher muss der Name „Neutronenstern“ ja kommen.
Wie dicht dieses Objekt ist, habe ich ja bereits angesprochen. Im Inneren herrscht aufgrund der hohen Dichte ein so großer Druck, dass im Kern die Elektronen gewissermaßen in die Protonen hineingedrückt werden und sie gemeinsam zu Neutronen verschmelzen. Daher also der Name!
Freie Neutronen, also Neutronen, die nicht in einem Atomkern an Protonen gebunden werden, zerfallen normalerweise nach durschnittlich 15 Minuten wieder in ein Proton, ein Elektron und ein Antielektronneutrino. Warum ist das nun in einem Neutronenstern nicht der Fall. Kurz gesagt ist einfach zu wenig Platz für die ganzen Teilchen, die beim Zerfall eines Neutrons entstehen würden. (Genau genommen handelt es sich um das Pauli-Prinzip aus der Quantenmechanik, das hier den Zerfall verhindert.)
Doch neuere Forschungen lassen viele Forscher vermuten, dass das noch lange nichts alles ist. Doch um das zu erklären, müssen wir von der Größenordnung her von den Neutronen noch eine Ebene tiefer gehen – zu den Quarks.
Quarks – Es gibt sechs verschiedene Arten von Quarks, wobei vier davon im Universum eigentlich kaum auftauchen. Die anderen beiden sind diejenigen, aus denen sich die Protonen und Neutronen zusammensetzen: das up-Quark und das down-Quark. Das up-Quark hat die elektrische Ladung + 2/3 (zwei Drittel), das down-Quark hingegen – 1/3 (minus ein Drittel). Ein Proton besteht aus zwei up-Quarks und einem down-Quark, ein Neutron setzt sich aus zwei down-Quarks und einem up-Quark zusammen.
Die Neutronen werden wohl so sehr zusammengequetscht und überschneiden sich infolgedessen auch so sehr, dass man nicht mehr wirklich von einzelnen Neutronen reden kann, sondern nur noch von einem Gemisch aus Quarks. Wie das aber aussieht, wissen wir nicht.
Eine Möglichkeit wäre, dass die Quarks eine sogenannte Superflüssigkeit bilden. Diese würde wie eine Supraleitung wirken. (So nennt man das Phänomen, dass bei manchen Materialien der elektrische Widerstand einfach verschwindet, wenn man sie auf eine bestimmte Temperatur abkühlt.) Würde man also diese Superflüssigkeit einmal in Bewegung bringen, würde sie von sich aus nie wieder zum Stillstand kommen. Das hätte ganz interessante Effekte. Der Neutronenstern als ganzes rotiert schließlich auch, wird aber im Laufe der Zeit immer langsamer. Wie eben beschrieben, gilt das aber nicht für die Superflüssigkeit im Inneren. Diese bleibt also immer gleich schnell, während der gesamte Neutronenstern immer langsamer rotiert. Sobald dieser Unterschied der Rotationsgeschwindigkeiten zu groß wird, wird der Neutronenstern auf einmal deutlich schneller und verliert danach wieder langsam an Geschwindigkeit. Diese Periodensprünge nennen Astronomen „Glitches“ – und sie wurden tatsächlich schon beobachtet, was als deutlicher Hinweis auf eine Superflüssigkeit ist.
Doch es gibt auch noch andere Möglichkeiten, die nicht ausgeschlossen werden können. In der Welt der Quarks gibt es einfach noch zu viele offene Fragen, als dass wir schon sicher sagen können, was in Neutronensternen vor sich geht. Doch egal, was es ist, ich bin der Meinung, dass sie ohne Zweifel zu den spannendsten Objekten unseres Universums gehören.