News: Kosmische Kanonenkugeln
Die hochdichten Sternüberbleibsel vom Typ Neutronenstern wissen mit manch seltsamer Eigenschaft zu erstaunen. Dazu gehört auch, dass sie bisweilen mit aberwitziger Geschwindigkeit rotieren oder einer kosmischen Kanonkugel gleich durchs All schießen. Computermodelle liefern eine Erklärung für dieses Verhalten.
Die Masse entscheidet über das Ende eines Sterns. Ist sie beispielsweise zehnmal größer als die unserer Sonne, beendet ein Stern sein Leben in einer spektakulären Supernova-Explosion. Während der größte Teil des Sterngases dabei mit gewaltiger Wucht ausgeschleudert wird, stürzt der Kern im Zentrum des Sterns unter seiner eigenen Schwerkraft in sich zusammen und bildet einen Neutronenstern. Dieser hat etwa eineinhalbmal die Masse der Sonne, sein Durchmesser beträgt aber lediglich 20 Kilometer. In seinem Innern übersteigt die Dichte daher die von Atomkernen.
Einige der bekannten Neutronensterne befinden sich innerhalb des gasförmigen Überrests, der von der vergangenen Sternexplosion zeugt. Das berühmteste Beispiel ist der "Pulsar" im Krebsnebel. Da er sich rund 33-mal pro Sekunde um seine eigene Achse dreht, empfangen wir auf der Erde regelmäßige, pulsartige Signale – daher der Name der rotierenden Neutronensterne.
Andere Neutronensterne entfernen sich hingegen mit sehr hoher Geschwindigkeit vom Ort ihres Entstehens. Sie bewegen sich dabei typischerweise mit mehreren hundert Kilometern pro Sekunde, einige Pulsare sausen gar mit über 1000 Kilometern pro Sekunde durch den interstellaren Raum. Dies ist deutlich schneller als die normale Bewegung der Sterne in der Milchstraße, sodass viele Neutronensterne der Gravitationsanziehung unserer Galaxie entkommen.
Über die Ursache der Pulsargeschwindigkeiten haben Astronomen lange Zeit gerätselt. Dabei mangelt es nicht an Erklärungsversuchen, teilweise unter Zuhilfenahme spekulativer oder sehr exotischer physikalischer Phänomene. Einige Wissenschaftler vermuteten bereits einen Zusammenhang mit der beobachteten Asymmetrien der Sternexplosionen. Eine schlüssige Begründung blieben sie bislang jedoch schuldig.
Nun hat ein Forscherteam vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching und vom ASCI Flash Center in Chicago eine einfache und geradezu natürliche Möglichkeit für einen solchen Zusammenhang aufgezeigt. In Computersimulationen fanden Leonhard Scheck und seine Kollegen, dass bei der Explosion zufällige, kleine Schwankungen im Stern durch Strömungsinstabilitäten rasch anwachsen und sich zu extrem großen Abweichungen von der Kugelgestalt aufschaukeln können. Die Explosionswelle breitet sich infolgedessen in verschiedene Richtungen unterschiedlich schnell aus. Der zurück bleibende Neutronenstern erhält dadurch einen starken Rückstoß und wird so in Sekunden auf Geschwindigkeiten von vielen hundert Kilometern pro Sekunde beschleunigt.
Die Computermodelle erlauben es erstmals, die gemessenen Pulsargeschwindigkeiten zu verstehen, ohne dass dazu zusätzliche Annahmen notwendig sind. Interessanterweise scheinen die Ergebnisse eine Theorie zu stützen, die seit langem zur Erklärung der Sternexplosion dient, die sich jedoch bisher in detaillierten Rechnungen nicht überzeugend bestätigen ließ: Die Explosion wird von Neutrinos ausgelöst.
Diese ungeladenen, schwach wechselwirkenden Elementarteilchen werden vom heißen Neutronenstern in riesigen Mengen abgestrahlt. Sie heizen das Gas im Innern des Sterns und erzeugen so den Druck, der die Explosion treibt. Dabei bringen sie das Sterngas in heftigste Wallung, bis es schließlich ungleichförmig auseinander rast. Der Mechanismus der Explosion, die beobachteten Asymmetrien von Supernovae und die Pulsarbewegungen haben damit eine gemeinsame Ursache.
So scheint sich langsam das Bild von Neutronensternen zu verdichten. Doch sicherlich halten die ungewöhnlichen Himmelskörper noch so manche Überraschung für die Wissenschaft parat.
Einige der bekannten Neutronensterne befinden sich innerhalb des gasförmigen Überrests, der von der vergangenen Sternexplosion zeugt. Das berühmteste Beispiel ist der "Pulsar" im Krebsnebel. Da er sich rund 33-mal pro Sekunde um seine eigene Achse dreht, empfangen wir auf der Erde regelmäßige, pulsartige Signale – daher der Name der rotierenden Neutronensterne.
Andere Neutronensterne entfernen sich hingegen mit sehr hoher Geschwindigkeit vom Ort ihres Entstehens. Sie bewegen sich dabei typischerweise mit mehreren hundert Kilometern pro Sekunde, einige Pulsare sausen gar mit über 1000 Kilometern pro Sekunde durch den interstellaren Raum. Dies ist deutlich schneller als die normale Bewegung der Sterne in der Milchstraße, sodass viele Neutronensterne der Gravitationsanziehung unserer Galaxie entkommen.
Über die Ursache der Pulsargeschwindigkeiten haben Astronomen lange Zeit gerätselt. Dabei mangelt es nicht an Erklärungsversuchen, teilweise unter Zuhilfenahme spekulativer oder sehr exotischer physikalischer Phänomene. Einige Wissenschaftler vermuteten bereits einen Zusammenhang mit der beobachteten Asymmetrien der Sternexplosionen. Eine schlüssige Begründung blieben sie bislang jedoch schuldig.
Nun hat ein Forscherteam vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching und vom ASCI Flash Center in Chicago eine einfache und geradezu natürliche Möglichkeit für einen solchen Zusammenhang aufgezeigt. In Computersimulationen fanden Leonhard Scheck und seine Kollegen, dass bei der Explosion zufällige, kleine Schwankungen im Stern durch Strömungsinstabilitäten rasch anwachsen und sich zu extrem großen Abweichungen von der Kugelgestalt aufschaukeln können. Die Explosionswelle breitet sich infolgedessen in verschiedene Richtungen unterschiedlich schnell aus. Der zurück bleibende Neutronenstern erhält dadurch einen starken Rückstoß und wird so in Sekunden auf Geschwindigkeiten von vielen hundert Kilometern pro Sekunde beschleunigt.
Die Computermodelle erlauben es erstmals, die gemessenen Pulsargeschwindigkeiten zu verstehen, ohne dass dazu zusätzliche Annahmen notwendig sind. Interessanterweise scheinen die Ergebnisse eine Theorie zu stützen, die seit langem zur Erklärung der Sternexplosion dient, die sich jedoch bisher in detaillierten Rechnungen nicht überzeugend bestätigen ließ: Die Explosion wird von Neutrinos ausgelöst.
Diese ungeladenen, schwach wechselwirkenden Elementarteilchen werden vom heißen Neutronenstern in riesigen Mengen abgestrahlt. Sie heizen das Gas im Innern des Sterns und erzeugen so den Druck, der die Explosion treibt. Dabei bringen sie das Sterngas in heftigste Wallung, bis es schließlich ungleichförmig auseinander rast. Der Mechanismus der Explosion, die beobachteten Asymmetrien von Supernovae und die Pulsarbewegungen haben damit eine gemeinsame Ursache.
So scheint sich langsam das Bild von Neutronensternen zu verdichten. Doch sicherlich halten die ungewöhnlichen Himmelskörper noch so manche Überraschung für die Wissenschaft parat.
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Max-Planck-Gesellschaft
Die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) ist eine vorwiegend von Bund und Ländern finanzierte Einrichtung der Grundlagenforschung. Sie betreibt rund achtzig Max-Planck-Institute.
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