Was ist ein Neutronenstern?

Einer von hundert Sternen in der Milchstraße ist ein „Neutronenstern“. Das sind Objekte, die so unglaublich dicht sind, dass sich ihr Inneres zusammenpresst, bis sie einem einzigen riesigen Atomkern ähneln.

Aber es ist ein ungewöhnliches Atom, denn es besteht überproportional aus Neutronen.

Um zu verstehen, woher diese Neutronen kommen, müssen wir uns durch die Schichten eines Neutronensterns begeben und verstehen, wie die enorme Schwerkraft den persönlichen Raum der einzelnen Teilchen beeinflusst.

Wie werden Neutronensterne gebildet?

Tief im Inneren jedes Sterns tobt ein Krieg. Die Schwerkraft zieht nach innen, während die durch Kernreaktionen erzeugte Wärme nach außen drängt und einen relativ stabilen Plasmaball erzeugt.

Früher oder später kühlen die nuklearen Öfen ab. Bei Sternen, die etwa das 10- bis 30-fache der Masse unserer Sonne haben, führt der Wärmeverlust dazu, dass das kühlere äußere Gas unter der Anziehungskraft der Schwerkraft rasch absinkt und an Geschwindigkeit gewinnt, bis es auf den dichten Haufen aus heißem Eisen prallt, der sich in seinen letzten Momenten gebildet hat.

Die Schockwelle erzeugt einen enormen Energiestoß, der in einer Art Supernova-Explosion eine Welle von heißem Gas und Strahlung in den Kosmos schleudert. Alles, was übrig bleibt, ist die Eisenkugel im Kern, die etwas schwerer ist als die Sonne, zusammengepfercht in einem Raum von etwa 11 km Durchmesser und umhüllt von einer dünnen (etwa einen Meter dicken) Atmosphäre aus eingefangenem Wasserstoff und Helium.

Die Schwerkraft auf dieser Kugel ist so verrückt, wie es für eine beobachtbare Struktur nur sein kann. Wenn man auf der Oberfläche dieses stadtgroßen Eisenblocks steht, spürt man die Anziehungskraft von etwa 100 Milliarden Gs.

Nicht, dass man dort sehr lange stehen würde.

Was befindet sich im Inneren von Neutronensternen?

Unter Ihren Füßen spielt sich eine unglaublich seltsame Physik ab.

Der intensive Druck bewirkt, dass die Eisenkerne in eine riesige kristalline Struktur fallen, die durch das kollektive Schieben unzähliger positiver Ladungen bestimmt wird.

In den Zwischenräumen dieses Kristalls schwirren Elektronen umher, die durch den starken Druck gefährlich nahe an die Kerne herankommen. Dank der Gesetze der Quantenphysik haben die Elektronen bei diesem Gedränge eine höhere Chance, sich direkt in einem Proton zu befinden und das Paar in ein frisch gebackenes Neutron und ein Neutrino zu verwandeln. Neutronen sind subatomare Teilchen mit einer ähnlichen Masse wie ein Proton, aber ohne elektrische Ladung, Neutrinos sind nahezu masselose, neutrale subatomare Teilchen.

Das klitzekleine Neutrino ist klein genug, um sich von der Masse zu lösen. Das Neutron bleibt jedoch zurück und bildet seltsame Isotope mit der Masse von Eisen, aber viel weniger Protonen.

Was für Atome gibt es im Inneren eines Neutronensterns?

Wenn wir noch tiefer in die Struktur eindringen, könnten wir Atome finden, die so neutronenschwer sind, dass sie zu zerbröckeln beginnen. Die Theorie besagt, dass die Neutronen in diesem atemberaubenden Raum als eine Art dickes Gas auseinanderdriften und unter einem Druck auseinanderdrängen, der nicht durch ihre Ladungen bestimmt wird, sondern durch eine Regel, die besagt, dass identische Teilchen dieser Art nicht denselben Raum zur selben Zeit einnehmen können.

Etwa einen Kilometer im Inneren des toten Sterns besteht diese „Kruste“ nun aus einem Neutronennebel mit gelegentlichen Protonen hier und da. Die Kerne liegen so dicht beieinander, dass sie sich gegenseitig berühren können.

Mit der stetig zunehmenden Schwerkraft bilden sich einst erkennbare atomare Strukturen zu exotischen Anordnungen, die an verschiedene Nudelsorten wie Spaghetti und Lasagne erinnern – geformt durch ein Gleichgewicht zwischen der starken Kernkraft und einem Hauch positiver Abstoßung.

Im Herzen von Neutronensternen wird die Physik noch merkwürdiger. Die Neutronen (und das seltene Proton, das sich nicht umgewandelt hat) werden in eine paarweise Anordnung gezwungen und bilden neue Identitäten, die es ihnen ermöglichen, alle möglichen bisherigen Gesetze zu brechen und seltsame Strömungen zu erzeugen.

Im Zentrum des Universums ist es möglich, dass die Schwerkraft die Neutronen dazu zwingt, ihre gesamte Individualität zu verlieren und sich in einen „Brei“ aus ihren Primärteilchen, den Quarks, zu verwandeln.

Noch enger zusammengedrückt würden sich diese Quarks auch gegenseitig überlappen und zu einem Punkt kollabieren, der so eng ist, dass wir keine Möglichkeit haben, ihn zu modellieren. Mit anderen Worten: Es würde ein schwarzes Loch entstehen.