Der stärkste Neutronenstern bricht den kosmischen Rekord

Astronomen haben den massivsten Neutronenstern gefunden, der noch gemessen wird? fast doppelt so viel wie unsere Sonne. Die Entdeckung zeigt, dass diese stellaren Überreste, wie ihr Name andeutet, hauptsächlich aus Neutronen bestehen, im Gegensatz zu exotischen Teilchen.

Neutronensterne sind schnell spinnende Reste, die nach Supernovae zurückbleiben: riesige Sternexplosionen, bei denen Protonen zusammen mit Elektronen zu Neutronen zerkleinert werden. Sie sind in der Regel klein, mit Durchmessern von etwa 19,3 km (19 Meilen), aber dennoch so schwer wiegen sie so viel wie die Sonne.

Aber die neuen, präzisen Neutronensternmessungen haben ein Objekt entdeckt, das massereicher ist als jeder bisher beobachtete Neutronenstern. Mit fast der doppelten Sonnenmasse ist der Stern um 20 Prozent massiver als der letzte Neutronenstern-Rekordhalter von 1,67 Sonnenmassen. [Top 10 Sterne Mysterien]

"Wir wussten nicht wirklich sicher, dass Neutronensterne so massiv werden können, bis wir diese Messung durchgeführt haben - das war sehr überraschend und aufregend", sagte der Forscher Astronom am Forschungszentrum für Radioastronomie, Professor Demorest, gegenüber ProfoundSpace.org. "Das typische Denken war, dass sich die meisten Neutronensterne ziemlich dicht um 1,4 Sonnenmassen gruppierten."

Während Sterne in allen Größen kommen und können Dutzende oder Hunderte von Malen die Masse der Sonne, Neutronensterne? wegen ihrer Eigenschaften? sind insofern einzigartig, als Astronomen schon lange dachten, sie seien auf Massen von etwa 1,4-fachen Sonnenmassen beschränkt.

Der rekordverdächtige Neutronenstern heißt PSR J1614-2230 und liegt etwa 3.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Woraus besteht es wirklich?

Neutronensterne bestehen aus ultradichter Materie. Ein Stück eines Neutronensterns in der Größe eines Zuckerwürfels kann etwa 100 Millionen Tonnen wiegen. Diese außerordentliche Dichte macht Neutronensterne zu idealen Wegen, um die dichtesten und exotischen Zustände der Physik zu erforschen, die viel zu viel Energie benötigen, um hier in der Erde stabil zu replizieren.

Während Astronomen lange geglaubt haben, dass Neutronensterne nur aus Neutronen bestehen, haben einige Wissenschaftler kürzlich vorgeschlagen, dass sie auch mehr exotische subatomare Teilchen enthalten könnten, wie Hyperone und Kaon-Kondensate, die sogenannte "seltsame Quarks" besitzen.

Obwohl Quarks? die Bausteine ​​von Protonen und Neutronen? Es wird allgemein angenommen, dass die Atomkerne in der Natur immer begrenzt sind. Einige Forscher hatten auch vorgeschlagen, dass Neutronensterne ungebundene "freie Quarks" enthalten könnten.

Der massereichste Neutronenstern

Um mehr über Neutronensterne zu erfahren, konzentrierten sich die Forscher auf PSR J1614-2230, einen Millisekunden-Pulsar, ein Neutronenstern, der rund alle drei Tausendstelsekunden Funkpulse aussendet und vollständig dreht. Millisekunden-Pulsare drehen sich sehr zuverlässig und dienen als sehr stabile Zeitmesser? Änderungen von nur wenigen Millionstel Sekunden können erkannt werden.

Dieser Pulsar ist ein binärer, in gegenseitiger Umlaufbahn mit einem Begleitstern, einem weißen Zwerg.

Um die Masse des Neutronensterns zu bestimmen, haben die Forscher eine Verzögerung der Laufzeit ihrer Funkimpulse gemessen, die sich aus ihrer Verzerrung durch das Gravitationsfeld des Begleitsterns ergeben. Dieser Effekt, der als Shapiro-Verzögerung bezeichnet wird, variiert systematisch, wenn sich die gepaarten Sterne umkreisen, und eine genaue Analyse ermöglichte es den Wissenschaftlern, die Masse des weißen Zwerges zu bestimmen.

Da die Forscher die orbitalen Eigenschaften des binären Systems als Ganzes kennen, war es ihnen dank der Kenntnis der Masse des Begleitsterns auch möglich, die Masse des Pulsars zu berechnen.

"Wir hatten sehr viel Glück mit diesem System", sagte der Forscher Scott Ransom, ein Astronom am National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, VA.

Die gepaarten Sterne befinden sich in einer Umlaufbahn, die fast perfekt an die Erde angrenzt, was die Unterschiede in den Verzerrungen der Radioimpulse deutlicher macht, so die Forscher. Außerdem ist der Weiße Zwerg für einen Stern seiner Art ungewöhnlich massiv, was bedeutet, dass sein Gravitationsfeld eine besonders tiefgreifende Wirkung auf die Pulse hatte.

"Diese einzigartige Kombination hat die Shapiro-Verzögerung viel stärker und damit leichter messbar gemacht", fügte Ransom hinzu.

Die Wissenschaftler verengten die Masse des Pulsars auf das 1,97-fache der Sonnenmasse, geben oder nehmen 0,04 Sonnenmassen.

Diese hohe Masse schließt fast alle derzeit vorgeschlagenen Modelle für die Neutronensternmaterie aus, die exotische Teilchen wie Hyperonen und Kaonenkondensate beinhalten, erklärte Demorest. Diese exotischen Teilchen sind wesentlich schmieriger als Neutronen, und wenn ein Neutronenstern diese Teilchen besäße, könnte er sich so stark zusammendrücken, dass er in ein schwarzes Loch kollabieren würde.

Obwohl die Materie in den Neutronensternen aus Quarkmaterie hergestellt werden könnte, könnte sie einen so massiven Stern nur dann unterstützen, wenn sie stark miteinander wechselwirken wie in normalen Atomkernen und nicht, wenn sie frei wären, fügte Forscher Feryal Ozel von der Universität hinzu von Arizona.

Diese neuen Erkenntnisse könnten auch die Ursprünge von Gammastrahlenausbrüchen, den stärksten Explosionen im Universum, aufklären. Eine führende Erklärung für die Ursache einer Art von Gammastrahlenausbruch? die "kurzen Dauer" platzt? ist, dass sie durch kollidierende Neutronensterne verursacht werden. Die Tatsache, dass Neutronensterne so massiv sein können wie PSR J1614-2230, deutet darauf hin, dass diese Kollisionen stark genug sind, um diese Bursts zu erzeugen.

"Pulsare im Allgemeinen geben uns eine großartige Gelegenheit, exotische Physik zu studieren, und dieses System ist ein fantastisches Labor, das da draußen sitzt und uns wertvolle Informationen mit weitreichenden Implikationen gibt", sagte Ransom. "Es ist erstaunlich für mich, dass eine einfache Zahl - die Masse dieses Neutronensterns - uns so viel über so viele verschiedene Aspekte der Physik und Astronomie erzählen kann."

Die Forschung ist in der 28. Oktober-Ausgabe der Zeitschrift Nature ausführlich beschrieben.Sie werden auch ihre Berechnungen in Bezug auf Neutronensterne und freie Quarks in Astrophysical Journal Letters detailliert beschreiben.

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