Wie massereich können Neutronensterne sein?

Gravitationswellenemission von einem kollabierenden Stern, viaGoethe-Universität.


Im Jahr 2016, als die beiden LIGO-Detektoren ihre erste historische Beobachtung vonGravitationswellen, Astronomenkündigte die Nachricht anbeides als Bestätigung von Einsteinsgenerelle Relativitätund auch weil, wie sie gerne sagen, die Erkennung:

… öffnete ein neues Fenster zum Kosmos.


Und tatsächlich beginnt dieses Fenster zu knacken. Am 16. Januar 2018 beschrieben Astrophysiker der Goethe-Universität in Frankfurt, wie sie mithilfe von Gravitationswellenbeobachtungen eine Frage beantworten, die Wissenschaftler seit den 1960er Jahren beschäftigt, als sie zum ersten Mal Neutronensterne entdeckten oder Sterne, die überwiegend ausdicht gepackte Neutronen. Ein Neutronenstern hat per Definition einen sehr kleinen Radius (Überdem Durchmesser einer irdischen Stadt) und sehr hoher Dichte (ein Teelöffel Neutronensternmaterial würde wiegenÜber10 Millionen Tonnen). Eine typische Neutronensternmasse istÜber1,4 Sonnen.

Beachten Sie alleüberin den letzten paar Sätzen? Nun sagen Astrophysiker zum ersten Mal, dass es ihnen gelungen ist, diese Zahlen genauer zu bestimmen, indem sie eine strenge Obergrenze für die maximale Masse von Neutronensternen berechnet haben. Sie sagen, dass die maximale Masse nicht rotierender Neutronensterne mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent 2,16 Sonnenmassen nicht überschreiten darf.

Die Forschungsergebnisse warenveröffentlichtin dempeer-reviewed Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe, und laut diesen Wissenschaftlern:

Nur wenige Tage später bestätigten Forschungsgruppen aus den USA und Japan die Ergebnisse, obwohl sie bisher unterschiedliche und unabhängige Ansätze verfolgten.




Was passiert mit einem Neutronenstern, der seine Massengrenze überschreitet? In diesem Fall kollabiert der Neutronenstern zu einem noch stärker komprimierten und weitaus exotischeren Objekt, das als a . bekannt istschwarzes Loch.

PhysikerLuciano Rezzollaan der Goethe-Universität Frankfurt und seinen StudierendenElias MostundLukas Weihführte die Studie durch. Ihre Aussage erklärte:

Grundlage für dieses Ergebnis war der „Universal Relations“-Ansatz [hier beschrieben] vor einigen Jahren in Frankfurt entwickelt. Die Existenz von „universellen Beziehungen“ impliziert, dass praktisch alle Neutronensterne „gleich aussehen“, was bedeutet, dass ihre Eigenschaften ausgedrückt werden können durchdimensionslose Größen. Die Forscher kombinierten diese „universellen Beziehungen“ mit Daten zu Gravitationswellensignalen und der darauffolgenden elektromagnetischen Strahlung (Kilonova), die währenddie Beobachtung letztes Jahrzweier verschmelzender Neutronensterne im Rahmen des LIGO-Experiments.

In naher Zukunft erwarten diese Wissenschaftler weitere Beobachtungen mittels Gravitationswellenastronomie, was die Unsicherheiten über die maximale Masse von Neutronensternen weiter verringern wird. Inzwischen sei ihr Ergebnis ein gutes Beispiel für das Zusammenspiel von theoretischer und experimenteller Forschung. Rezzola kommentierte:


Das Schöne an der theoretischen Forschung ist, dass sie Vorhersagen treffen kann. Die Theorie braucht jedoch dringend Experimente, um einige ihrer Unsicherheiten einzugrenzen. Es ist daher ziemlich bemerkenswert, dass die Beobachtung einer einzelnen binären Neutronenstern-Verschmelzung, die Millionen von Lichtjahren entfernt stattfand – in Kombination mit den durch unsere theoretische Arbeit entdeckten universellen Beziehungen – es uns ermöglicht hat, ein Rätsel zu lösen, über das in der Vergangenheit so viel spekuliert wurde .

Fazit: Nach einer langen Debatte sagen Astrophysiker der Goethe-Universität Frankfurt jetzt, dass Neutronensterne die Masse von 2,16 Sonnen nicht überschreiten können. Fügen Sie mehr Masse hinzu und ein Neutronenstern wird zu einem Schwarzen Loch.

Quelle: Verwendung von Gravitationswellenbeobachtungen und quasi-universalen Beziehungen zur Beschränkung der maximalen Masse von Neutronensternen

Über die Goethe-Universität