Eigenschaften von Neutronensternen voneinander abhängig

Drei physikalische Größen, mit denen Forscher die Eigendrehung und die Verformung eines Neutronensterns beschreiben, sind nicht unabhängig voneinander. Auf dieses unerwartete Ergebnis sind zwei Forscher aus den USA bei der theoretischen Modellierung der extrem dichten Sternenüberreste gestoßen. Wenn Astronomen also eine dieser drei Kenngrößen messen, können sie künftig die beiden anderen daraus berechnen. Dadurch sei es leichter möglich, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“, Rückschlüsse auf das Verhalten von Materie unter den extremen Bedingungen im Inneren eines Neutronensterns zu ziehen, Neutronensterne von noch exotischeren Quarksternen zu unterscheiden und die Relativitätstheorie zu testen.

„Für eine vollständige Beschreibung eines Neutronensterns benötigen wir nicht nur Masse und Radius“, schreiben Kent Yagi und Nicolás Yunes von der Montana State University, „sondern auch ihre Eigendrehung – beschrieben durch das Trägheitsmoment – und ihre Verformbarkeit, die sich durch die sogenannte Lovesche Zahl und das Quadrupolmoment charakterisieren lässt.“ Bislang galten all diese Kenngrößen als unabhängig voneinander. Das führte dazu, dass jeder Versuch, aus den Eigenschaften eines Neutronensterns auf die Zustandsgleichung der Materie – also den Zusammenhang zwischen Dichte und Druck – in seinem Inneren zu schließen, auf mehrdeutige Ergebnisse führte.

Die von Yagi und Yunes gefundene Beziehung hebt diese Mehrdeutigkeit nun weitgehend auf. Eine Messung des Trägheitsmoments erlaubt beispielsweise sofort die Bestimmung der Deformierbarkeit und umgekehrt. Wie die beiden Forscher betonen, sind so nicht nur Rückschlüsse auf das Verhalten der Materie unter extrem hoher Dichte möglich. Auch Überprüfungen der Relativitätstheorie im extremen Gravitationsfeld von Neutronensternen würden dadurch erleichtert. Und auch eine Unterscheidung zwischen Neutronensternen und Quarksternen sei nun möglich, da für beide unterschiedliche Relationen gelten. Quarksterne sind bislang rein hypothetische Gebilde: Bei extrem hoher Dichte könnten Neutronen sich in ihre Bestandteile, also Quarks, auflösen und so einen neuen Materiezustand erzeugen. Mit der von Yagi und Yunes gefundenen Regel können Astronomen nun prüfen, ob es solche exotischen Sternenüberreste tatsächlich gibt.