Bildnachweis: ESA
Kurz nach dem Urknall glaubte man, dass die gesamte Materie im Universum in ihre kleinsten Bestandteile zerlegt wurde. Mit dem Weltraumteleskop XMM-Newton versucht ein Team von Astronomen, die „Kompaktheit“ mehrerer Neutronensterne zu berechnen, um festzustellen, ob sie über die Dichte normaler Materie hinausgehen.
Im Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall wurde die gesamte ursprüngliche Materiesuppe im Universum in ihre grundlegendsten Bestandteile „zerbrochen“. Es wurde gedacht, für immer verschwunden zu sein. Wissenschaftler vermuten jedoch stark, dass die exotische Suppe aus gelöster Materie immer noch im heutigen Universum zu finden ist, im Kern bestimmter sehr dichter Objekte, die Neutronensterne genannt werden.
Mit dem Weltraumteleskop XMM-Newton der ESA sind sie nun näher dran, diese Idee zu testen. Zum ersten Mal konnte XMM-Newton den Einfluss des Gravitationsfeldes eines Neutronensterns auf das von ihm emittierte Licht messen. Diese Messung bietet einen viel besseren Einblick in diese Objekte.
Neutronensterne gehören zu den dichtesten Objekten im Universum. Sie packen die Sonnenmasse in eine Kugel mit einem Durchmesser von 10 Kilometern. Ein zuckerwürfelgroßes Stück Neutronenstern wiegt über eine Milliarde Tonnen. Neutronensterne sind die Überreste explodierender Sterne, die bis zu achtmal so massereich sind wie unsere Sonne. Sie beenden ihr Leben in einer Supernova-Explosion und brechen dann unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammen. Ihre Innenräume können daher eine sehr exotische Form von Materie enthalten.
Wissenschaftler glauben, dass in einem Neutronenstern die Dichte und die Temperaturen denen ähneln, die einen Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall existieren. Sie gehen davon aus, dass Materie, wenn sie wie in einem Neutronenstern dicht gepackt ist, wichtige Veränderungen durchläuft. Protonen, Elektronen und Neutronen? Die Bestandteile der Atome verschmelzen miteinander. Es ist möglich, dass sogar die Bausteine von Protonen und Neutronen, die sogenannten Quarks, zusammengedrückt werden und eine Art exotisches Plasma aus „gelöster“ Materie entsteht.
Wie finde ich es heraus? Wissenschaftler haben jahrzehntelang versucht, die Natur der Materie in Neutronensternen zu identifizieren. Dazu müssen sie einige wichtige Parameter sehr genau kennen: Wenn Sie die Masse und den Radius eines Sterns oder die Beziehung zwischen ihnen kennen, können Sie seine Kompaktheit erhalten. Bisher war jedoch kein Instrument so weit fortgeschritten, dass die erforderlichen Messungen durchgeführt werden konnten. Dank des XMM-Newton-Observatoriums der ESA konnten Astronomen erstmals das Verhältnis von Masse zu Radius eines Neutronensterns messen und erste Hinweise auf seine Zusammensetzung erhalten. Diese legen nahe, dass der Neutronenstern normale, nicht exotische Materie enthält, obwohl sie nicht schlüssig sind. Die Autoren sagen, dies sei ein "wichtiger erster Schritt". und sie werden mit der Suche weitermachen.
Die Art und Weise, wie sie diese Messung erhalten haben, ist eine Premiere in astronomischen Beobachtungen und wird als große Errungenschaft angesehen. Die Methode besteht darin, die Kompaktheit des Neutronensterns indirekt zu bestimmen. Die Anziehungskraft eines Neutronensterns ist immens - Tausende von Millionen Mal stärker als die der Erde. Dadurch verlieren die vom Neutronenstern emittierten Lichtteilchen Energie. Dieser Energieverlust wird als gravitative „Rotverschiebung“ bezeichnet. Die Messung dieser Rotverschiebung durch XMM-Newton zeigte die Stärke der Anziehungskraft an und zeigte die Kompaktheit des Sterns.
"Dies ist eine hochpräzise Messung, die wir ohne die hohe Empfindlichkeit von XMM-Newton und seine Fähigkeit zur Unterscheidung von Details nicht hätten durchführen können", sagt Fred Jansen, XMM-Newton-Projektwissenschaftler der ESA.
Laut dem Hauptautor der Entdeckung, Jean Cottam vom Goddard Space Flight Center der NASA, „wurden Versuche unternommen, die Rotverschiebung der Gravitation zu messen, unmittelbar nachdem Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie veröffentlicht hatte, aber niemand war jemals in der Lage gewesen, die zu messen Effekt in einem Neutronenstern, wo er riesig sein sollte. Dies wurde jetzt bestätigt. “
Originalquelle: ESA-Pressemitteilung
