LIRGO und VIRGO erkennen das Zusammentreffen eines Neutronensterns und eines Schwarzen Lochs
– Neuigkeiten vom 7. Mai 2019 –
Im Jahr 2015 wurde die erste Gravitationswelle beobachtet, fast hundert Jahre nachdem Albert Einstein ihre Existenz vorhergesagt hatte. Gravitationswellen sind Schwingungen in der Krümmung von Raum und Zeit. Sie treten auf, wenn Massen beschleunigt werden. Diese Wellen können Millionen von Lichtjahren zurücklegen. Sie sind jedoch sehr schwache Signale. Aus diesem Grund können sie nur in extremen Fällen erkannt werden, wenn sich sehr massive Objekte einige Momente vor ihrer Verschmelzung mit hoher Geschwindigkeit drehen, z. B. Schwarze Löcher oder Neutronensterne.
Seit dem ersten Nachweis einer Gravitationswelle konnten wir viele Signale der Fusion von Neutronensternen und der Fusion von Schwarzen Löchern beobachten. Die LIGO- und VIRGO-Interferometer, die einzigen Werkzeuge, die derzeit Gravitationswellen erfassen können, haben vor einem Monat mit neuen Beobachtungen begonnen. Es sollte noch elf Monate dauern und die Beobachtungen sind bereits zahlreich. Interferometer in den USA und in Italien konnten tatsächlich fünf neue Ereignisse beobachten. Eine dieser Veranstaltungen ist besonders interessant.
Am 26. April 2019 identifizierten LIGO und VIRGO ein ungewöhnliches Signal, das von der tödlichen Begegnung eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch ausgehen könnte. In nur drei Jahren hätten LIGO- und VIRGO-Teams mit ihren Tools alle Arten von erkennbaren Ereignissen erkannt, was die extreme Effizienz dieser Tools belegt. Die Fusion zweier Schwarzer Löcher nachweisen zu können, ist einer der stärksten Beweise für ihre Existenz. Wenn wir das Bild eines Schwarzen Lochs betrachten, das vom Event Horizon Telescope aufgenommen wurde, wird sich die Geschichte wahrscheinlich daran erinnern, dass das Ende der Jahre 2010 der Moment war, in dem die endgültige Bestätigung der Existenz dieser kosmischen Monster bestätigt wurde.
Die Fusionen von Neutronensternen mögen weniger beeindruckend erscheinen, aber sie sind wahrscheinlich die interessantesten. Wenn zwei Schwarze Löcher verschmelzen, senden sie nur Gravitationswellen aus. Nur so kann ein solches Ereignis erkannt werden. Wenn zwei Neutronensterne verschmelzen, senden sie Gravitationswellen aus, aber auch einen starken Lichtblitz in allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Die Interferometer von LIGO und VIRGO sind tausende Kilometer voneinander entfernt. Sie können daher verwendet werden, um die Quelle eines Signals durch Trilateration zu lokalisieren. Wir können dann herkömmliche Teleskope auf die Quelle dieses Signals richten, um festzustellen, ob auf das Gravitationssignal ein Lichtsignal folgt.
Dies geschah 2017, als eine Fusion von Neutronensternen entdeckt wurde. Fast 70 Observatorien auf der Erde und im Weltraum konnten das Ereignis auf Radio-, optischen oder Gammawellen aufzeichnen. Dasselbe Ereignis in elektromagnetischen Wellen und in Gravitationswellen beobachten zu können, ist das Aufkommen der sogenannten Multimessager-Astronomie. Es ist, als ob der Himmel seit Jahrhunderten still beobachtet wird und plötzlich die Schauspieler der kosmischen Show zu reden beginnen.
Eine neue Fusion von Neutronensternen wurde am 25. April 2019 entdeckt. Diesmal waren nur zwei der drei Interferometer von LIGO oder VIRGO in Betrieb, die es nicht ermöglichten, das Signal sehr genau zu lokalisieren. Wir wissen immer noch, dass die Veranstaltung etwa 5000 Lichtjahre von zu Hause entfernt stattgefunden hat. Diese wiederholten Entdeckungen zeigen, dass Ereignisse wie die Fusion von Schwarzen Löchern oder Neutronensternen im Universum häufig vorkommen. Die aktuelle Kommentierungsperiode wird in einem Jahr abgeschlossen sein, was die Identifizierung von etwa hundert Ereignissen und möglicherweise neuen Entdeckungen ermöglichen dürfte.
Neutronensterne erzeugen Materie zehn Milliarden mal härter als Metall
– Nachrichten vom 25. September 2018 –
Neutronensterne sind die Überreste gigantischer Explosionen, die das Ende massereicher Sterne markieren. Diese Explosionen, die Supernovae, werden durch den gravitativen Kollaps des Herzens dieser Sterne ausgelöst. Dies erzeugt unglaublich dichte kleine Körper, die Neutronensterne. Neutronensterne sind aus verschiedenen Gründen überraschend Sterne. Wenn sie etwas dichter wären, würden sie kollabieren, um schwarze Löcher zu erzeugen.
Ein Kubikzentimeter von der Oberfläche eines Neutronensterns würde eine Masse von mehreren hundert Millionen Tonnen haben. Diese außerordentliche Dichte bringt Materie in Zustände, die nicht gut verstanden werden. Je mehr du in das Herz eines Neutronensterns stürzst, desto dichter wird die Materie, desto schwieriger wird es, sie zu modellieren. Es ist dennoch wichtig, diese Zustände der Materie zu verstehen, die uns beispielsweise über die Gravitations-Signatur eines Neutronensterns informieren könnten, eine sehr interessante Datenlage für die neuere Wissenschaft der Beobachtung von Gravitationswellen.
Ein Trio von Forschern hat versucht zu simulieren, was gerade unterhalb der Kruste eines Neutronensterns geschieht, und ihre Ergebnisse sind sehr überraschend. Sie versuchten zu berechnen, wie sich 983.000 Protonen und 2.3 Millionen Neutronen in einer Umgebung mit sehr hoher Dichte verhalten würden. Es klingt einfach, aber es würde ungefähr 2 Millionen Rechenstunden für einen Computer benötigen, um diese Simulation durchzuführen. Tatsächlich interagiert jedes Teilchen permanent mit allen um ihn herum. Frühere Simulationen haben bereits zu der Hypothese geführt, dass das Material unter diesen Bedingungen seltsame Strukturen schafft, ein Modell, das heute den Namen Nuklearteigwaren trägt.
Die entartete Materie eines Neutronensterns würde somit spontan in Kugeln, Röhren oder Blätter organisiert, je nach Tiefe. Forscher haben sich natürlich dafür entschieden, diese Zustände Gnocchi, Spaghetti oder Lasagne zu nennen. Dies sind die Nuklearteigwaren. Die neue Studie geht noch weiter in ihren Simulationen. Das amerikanisch-kanadische Trio versuchte den Bruchpunkt dieser Nuklearteigwaren zu bestimmen. Sie wollten wissen, ob das Material in der Tiefe dichter und steifer ist als das Material an der Oberfläche. Und die Antwort ist ja. Diese Kernteigwaren sind sehr wahrscheinlich das härteste Material im Universum. Die Härte dieses Materials wäre etwa 10 Milliarden mal so groß wie die des Metalls.
Dieses Ergebnis bedeutet auch, dass Neutronensterne kontinuierlich Gravitationswellen emittieren können. Die Bildung von Nuklearteigwaren würde unter der Kruste dieser Sterne unregelmäßig sein, und Neutronensterne sind für ihre schnelle Rotation bekannt. Aber eine enorme unregelmäßige Masse in schneller Rotation bedeutet auch das Vorhandensein von Gravitationswellen. Das Nuklearteigwarenmodell wäre schwierig zu überprüfen. Es ist undenkbar, sie in einem Laboratorium neu zu erschaffen, weil der notwendige Druck die Fähigkeiten des menschlichen Genies weit übersteigt. In Wirklichkeit können diese Strukturen nicht außerhalb eines Neutronensterns existieren. Vielleicht könnte ein ziemlich genaues Gravitationswellenobservatorium zeigen, dass Neutronensterne Gravitationswellen emittieren, aber unsere Detektoren haben noch einige Fortschritte zu machen, bevor sie diese Art der Beobachtung zulassen.
Bild von NASA / CXC / ASU / J. Hester et al.
Quellen
