Neutronenstern-Kollisionen: Einblicke in die Geheimnisse der Kernmaterie

FRANKFURT / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Entdeckung des “langen Abklingens” bei Neutronenstern-Kollisionen eröffnet neue Möglichkeiten zur Erforschung der geheimnisvollen inneren Strukturen dieser faszinierenden astrophysikalischen Objekte. Wissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt haben herausgefunden, dass das Gravitationswellensignal nach einer Verschmelzung nicht nur abnimmt, sondern auch immer reiner wird, was entscheidende Informationen über die Zustandsgleichung der Kernmaterie liefert.

Neutronensterne sind aufgrund ihrer enormen Dichte und Masse im Vergleich zu ihrer geringen Größe eines der faszinierendsten Objekte im Universum. Ihre innere Struktur und Zusammensetzung bleiben jedoch weitgehend ein Rätsel. Die Kollision zweier Neutronensterne, wie sie 2017 beobachtet wurde, bietet eine einzigartige Gelegenheit, diese Geheimnisse zu entschlüsseln. Während sich die Sterne in Binärsystemen über Millionen von Jahren spiralförmig annähern, senden sie Gravitationswellen aus. Die intensivste Strahlung tritt jedoch während und unmittelbar nach ihrer Verschmelzung auf.

Das dabei entstehende Objekt, ein massereiches und schnell rotierendes Gebilde, erzeugt Gravitationswellen in einem starken, aber schmalen Frequenzbereich. Dieses Signal enthält entscheidende Informationen über die sogenannte Zustandsgleichung der Kernmaterie, die beschreibt, wie sich Materie bei extremer Dichte und Druck verhält. Die Forschungsgruppe um Prof. Luciano Rezzolla an der Goethe-Universität Frankfurt hat entdeckt, dass die Amplitude des Gravitationswellensignals nach der Verschmelzung zwar mit der Zeit abnimmt, es aber gleichzeitig immer reiner wird – ähnlich wie eine riesige Stimmgabel, die nach einem Schlag nachklingt.

Diese Phase, als “langes Abklingen” bezeichnet, zeigt eine enge Verbindung zu den dichtesten Regionen in Neutronensternkernen. “Genauso wie Stimmgabeln aus verschiedenen Materialien unterschiedliche Töne erzeugen, klingen auch Überreste von Kollisionen, die durch verschiedene Zustandsgleichungen beschrieben werden, bei unterschiedlichen Frequenzen ab”, erklärt Rezzolla. Diese Entdeckung hat das Potenzial, die inneren Bestandteile von Neutronensternen zu enthüllen.

Dank Fortschritten in der statistischen Modellierung und hochpräzisen Simulationen auf Deutschlands leistungsfähigsten Supercomputern konnten die Forscher zeigen, dass die Analyse des “langen Abklingens” hilft, Unsicherheiten bei der Beschreibung von Materie unter extrem hohen Dichten zu verringern. Dr. Christian Ecker von der Goethe-Universität Frankfurt betont, dass diese Entdeckung neue und präzise Einschränkungen für den Zustand der Materie in Neutronensternen liefern könnte.

Obwohl Gravitationswellendetektoren das Signal nach der Verschmelzung aktuell noch nicht gemessen haben, sind die Wissenschaftler optimistisch. Mit dem in Europa geplanten Einstein-Teleskop, das in den nächsten zehn Jahren in Betrieb gehen soll, könnte das “lange Abklingen” klar gemessen werden. Sobald dies geschieht, wird es ein leistungsstarkes Werkzeug sein, um die rätselhaften inneren Strukturen von Neutronensternen zu erforschen und die Geheimnisse der Materie unter extremsten Bedingungen zu entschlüsseln.

Die Ergebnisse dieser Forschung wurden kürzlich in einer renommierten wissenschaftlichen Publikation veröffentlicht und stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Astrophysik dar. Sie ebnen den Weg für ein besseres Verständnis dichter Neutronensternmaterie, insbesondere wenn zukünftig neue Ereignisse beobachtet werden. Diese Erkenntnisse könnten nicht nur die theoretische Physik bereichern, sondern auch praktische Anwendungen in der Erforschung extremer Materiezustände ermöglichen.

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