Seltsame Sterne

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Atomkerne setzen sich aus Protonen und Neutronen zusammen. Doch auch diese Kernbausteine bestehen wiederum aus kleineren Teilchen, den Quarks. Während Protonen und Neutronen durchaus einzeln in der Natur vorkommen, finden sich Quarks immer nur als Pärchen oder Dreiergrüppchen in anderen Elementarteilchen. Bis jetzt, denn ein Blick ins All hat nun die vielleicht seltsamsten Objekte des Universums offenbart: zwei Sterne, deren Materie offenbar aus freien Quarks besteht.

Thorsten Krome

RX J1856 — © NASA/SAO/CXC/J.Drake et al. (Ausschnitt)

Ein Neutronenstern ist die letzte Inkarnation eines Sterns mittlerer Masse – denn nur aus den schwersten Sternen, jenseits von zehn Sonnenmassen wird einmal ein Schwarzes Loch. Wenn ein Stern stirbt, also seinen Brennstoff verfeuert hat, dann kollabiert er unter seiner eigenen Gravitation. Überschreitet die Masse der Überreste dabei die unserer Sonne um das 1,44fache, dann presst die Gravitation alle Protonen und Elektronen der stellaren Materie zusammen, und ein Neutronenstern entsteht. Ist die Masse jedoch noch etwas größer, dann – so die Theorie – zerbrechen auch die Neutronen in ihre Quark-Bestandteile: einem up-Quark und zwei down-Quarks. Unter genügend großem Druck wandelt sich dabei eines der beiden down-Quarks in ein strange-Quark um und hinterlässt eine noch dichtere Form der Materie – die "seltsame Materie".

Zur Zeit versuchen Forscher einen derartigen Zustand mit großem Aufwand in Experimenten auf der Erde zu entdecken. Dabei kamen ihnen nun offenbar Astronomen zuvor, denn der 400 Lichtjahre entfernte Neutronenstern RX J1856 im Sternbild "Südliche Krone" scheint aus der ominösen Quark-Materie zu bestehen. Das Seltsame an RX J1856 ist nämlich seine Größe, sie scheint viel zu klein.

Jeremy Drake vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge und seine Kollegen analysierten mit dem Weltraumteleskop Chandra das Licht des fernen Sterns, um dessen Temperatur zu bestimmen. Auf 700 000 Grad Celsius ließ die Emission der Röntgenstrahlung schließen – hundertmal so heiß wie auf der Sonne. Ein derart heißer Stern müsste auch im sichtbaren Wellenlängenbereich hell erstrahlen. Doch wie Hubble-Aufnahmen zeigten, ist das nicht der Fall; im Gegenteil, RX J1856 gibt lediglich ein äußerst schummriges blaues Leuchten von sich. Das wiederum lässt sich nur erklären, wenn RX J1856 äußerst klein ist, höchstens 11,3 Kilometer im Durchmesser, wie die Wissenschaftler errechneten – viel zu klein für einen normalen Neutronenstern meinen sie.

"All das weist auf einen Stern hin, der nicht aus Neutronen, sondern vielmehr aus Quarks in einer Form besteht, die als seltsame Quarkmaterie bekannt ist", meint Drake. "Und Quarks hat man bislang noch nie außerhalb von Atomkernen gesehen."

Auch ein zweiter Stern, 3C58, bereitete Astronomen Kopfzerbrechen, und zwar deshalb, weil er nicht in dem Maße Röntgenstrahlung emittiert, wie er es eigentlich sollte. Patrick Slane und Steven Murray, beide ebenfalls vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, und ihr Kollege David Helfand von der Columbia University in New York maßen das Spektrum des 10 000 Lichtjahre entfernten Neutronensterns im Sternbild Kassiopeia. Sie schließen aus ihren Messungen, dass der Stern weniger als eine Million Grad Celsius heiß ist, was deutlich unter dem von der Theorie vorausgesagten Wert liegt.

Denn der Stern, der vermutlich ein Überbleibsel einer Supernova ist, die im August des Jahres 1181 chinesische und japanische Beobachter in Erstaunen versetzte, kühlte demzufolge viel zu schnell ab. Aber vielleicht liegt das auch in diesem Fall an seiner Zusammensetzung, spekuliert Helfand: "Es sieht ganz so aus, als bestünden Neutronensterne nicht allein aus Neutronen – neue Materieformen sind nötig."

Ob denn nun RX J1856 und 3C58 tatsächlich aus der seltsamen Materieform bestehen oder nicht, müssen nun weitere Untersuchungen zeigen, denn zumindest für den heißen Zwerg RX J1856 besteht auch ein anderer Erklärungsansatz: So vermuten einige Forscher, dass Drake und seine Kollegen schlichtweg eine besonders heiße Stelle auf RX J1856 gemessen haben. Allerdings müsste die Röntgenemission bei einem solchen Modell pulsieren, und der Anteil pulsierender Strahlung liegt offenbar lediglich bei fünf Prozent. Um nun dieses Modell zu retten, wäre schließlich eine besondere Lage zur Erde nötig, was nicht sehr wahrscheinlich ist. Es scheint also, als würden die Sterne den Astronomen noch so manches Rätsel aufgeben.