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Freitag, 01.07.2016
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Ein Stern in der Lebenskrise

Verschmelzung zweier Neutronensterne als Ursache

Noch ist die Faktenlage bei den kurzen Gamma Ray Bursts sehr dürftig. Eines aber scheint offensichtlich: Wenn eine derart gigantische Energiemenge innerhalb von wenigen Sekunden abgestrahlt wird, kommen als Ursache nur sehr kompakte Himmelskörper in Betracht.

Kollision zweier Neutronensterne

Kollision zweier Neutronensterne

Als wahrscheinlichste Erklärung gelten zwei Neutronensterne, die miteinander verschmelzen und zu einem Schwarzen Loch zusammenbrechen. Was bei einem solchen Vorgang passiert, demonstrierten Maximilian Ruffert von der Universität in Edinburgh, Roland Oechslin und Miguel Aloy vom Max- Planck-Institut für Astrophysik sowie Emmanuela Rantsiou (Northwestern University, USA) und William Lee (UNAM, Mexiko) anhand von Computersimulationen.

Ein Zuckerwürfel von hundert Millionen Tonnen Gewicht


Neutronensterne gelten als die kompaktesten Himmelskörper, die sich theoretisch denken lassen. Sie entstehen, wenn ein massereicher Stern am Ende seines Lebens den Brennstoff im Innern verbraucht hat. Dann setzt die innere Energieproduktion aus und der Stern, der ehemals größer als die Sonne war, stürzt in sich zusammen. Wenn er einen Durchmesser von etwa 20 Kilometern erreicht hat, stoppt der Kollaps – und ein Neutronenstern ist entstanden. Seine Materie ist so dicht, dass ein Stück von der Größe eines Zuckerwürfels auf der Erde mehrere hundert Millionen Tonnen wiegen würde.

Aufwändige Computersimulationen verdeutlichen, wie Neutronensterne innerhalb von einigen tausendstel Sekunden miteinander verschmelzen.

Verschmolzen ins Schwarze Loch


Da generell mehr als die Hälfte aller Sterne zu Doppelsystemen gehören, muss es auch Doppel-Neutronensterne geben, die sich gegenseitig umkreisen. Dabei strahlen sie Gravitationswellen ab, was dem Paar Energie entzieht. Als Folge kommen sich die beiden Körper auf einer spiralförmigen Bahn langsam näher. In dem Augenblick, wo sich ihre Oberflächen berühren, verschmelzen sie innerhalb von wenigen tausendstel Sekunden miteinander.

Dabei wird der neue Körper so massereich, dass er unter der Wucht der eigenen Schwerkraft zu einem Schwarzen Loch zusammenbricht. Ein Teil der Materie, in der Temperaturen von bis zu hundert Milliarden Grad und Dichten bis zu einer Million Tonnen pro Kubikzentimeter herrschen, rast noch in Form eines ringförmigen Torus für kurze Zeit um das Schwarze Loch herum, bevor er schließlich ebenfalls verschluckt wird. Damit verschwindet innerhalb von wenigen Sekunden die Materie von zwei bis drei Sonnen.

99,9995 Prozent der Lichtgeschwindigkeit


Bei diesem kataklysmischen Vorgang spielt sich eine Fülle von Kern und Teilchenreaktionen ab. Es kommt zu einem Ausbruch hochenergetischer Materie in zwei gebündelten Gasstrahlen (Jets) in Richtung der Rotationsachse und damit senkrecht zum dichten Torus. Auch Magnetfelder werden als Ursache dafür diskutiert, dass Energie in solchen Jets mit nur 10 bis 20 Grad Öffnungswinkel ins All schießt. „Diese Materie hat nach unseren Kenntnissen eine Geschwindigkeit von rund 99,9995 Prozent der Lichtgeschwindigkeit“, sagt Thomas Janka.

In Entfernungen von zehn bis hundert Millionen Kilometern erzeugen die Jets dann den als Gammablitz sichtbaren kurzen Ausbruch energiereicher Strahlung. Prallt die Jetmaterie danach auf umgebende interstellare Materie wie Gas oder Staub, so heizt sich diese ebenfalls auf und strahlt. Das ist der nachleuchtende Feuerball, den die Astronomen mit Röntgen und optischen Teleskopen beobachten und dessen Licht ihnen etwa verrät, in welcher Entfernung sich das Objekt befindet.

Stand 02.11.2007