Extrem dichte und exotische hypothetische kosmische Objekte, bekannt als „seltsame Quarksterne“, könnten im Universum existieren. Während Astrophysiker weiterhin über die Existenz von Quarksternen debattieren, hat ein Team von Physikern entdeckt, dass der Überrest einer Neutronensternverschmelzung, die 2019 beobachtet wurde, genau die Masse hat, die für einen Stern erforderlich ist.
Wenn Sterne sterben, ziehen sich ihre Kerne so stark zusammen, dass sie sich in neuartige Objekte verwandeln. Wenn beispielsweise die Sonne endgültig erlischt, wird sie einen Weißen Zwerg zurücklassen, eine planetengroße Kugel aus hochkomprimierten Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen. Wenn noch größere Sterne in katastrophalen Explosionen, sogenannten Supernovae, explodieren, hinterlassen sie Neutronensterne. Diese unglaublich dichten Objekte haben einen Durchmesser von nur wenigen Kilometern, aber ihre Masse kann ein Vielfaches der Sonnenmasse betragen. Wie ihr Name schon sagt, bestehen sie fast ausschließlich aus reinen Neutronen und sind damit eigentlich kilometerlange Atomkerne.
Neutronensterne sind so exotisch, dass Physiker sie noch nicht vollständig verstanden haben. Obwohl wir beobachten können, wie Neutronensterne mit ihrer Umgebung interagieren, und einige gute Vermutungen darüber anstellen können, was mit dieser Neutronenmaterie in der Nähe der Oberfläche passiert, bleibt die Zusammensetzung ihrer Kerne schwer fassbar.
Das Problem ist, dass Neutronen keine vollständig fundamentalen Teilchen sind. Obwohl sie sich mit Protonen zu Atomkernen verbinden, bestehen Neutronen selbst aus noch kleineren Teilchen, den Quarks.
Es gibt sechs Arten, oder Aromen, Quarks: up, down, top, bottom, strange und charm. Ein Neutron besteht aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark. Wenn Sie zu viele Atome zusammendrücken, verwandeln sie sich in eine riesige Kugel aus Neutronen. Wenn Sie also zu viele Neutronen zusammenquetschen, verwandeln sie sich dann in einen riesigen Ball aus Quarks?
Die Antworten reichen von „vielleicht“ bis „es ist schwierig“. Das Problem ist, dass Quarks wirklich nicht gerne allein sind. Die starke Kernkraft, die die Quarks im Kern bindet, nimmt sogar mit der Entfernung zu. Wenn Sie versuchen, zwei Quarks zusammenzuziehen, nimmt die Kraft zu, die sie zurückzieht. Schließlich wird die Gravitationsenergie zwischen ihnen so groß, dass neue Teilchen im Vakuum auftauchen, darunter auch neue Quarks, die sich glücklich mit den getrennten verbinden.
Wenn Sie aus den Up- oder Down-Quarks, aus denen ein Neutron besteht, ein makroskopisches Objekt erzeugen wollten, würde dieses Objekt sehr schnell und sehr heftig explodieren.
Aber vielleicht gibt es einen Weg, der seltsame Quarks verwendet. Seltsame Quarks sind an sich ziemlich schwer, und wenn man sie ruhen lässt, zerfallen sie schnell in leichtere Up- und Down-Quarks. Wenn jedoch eine große Anzahl von Quarks miteinander kombiniert wird, kann sich die Physik ändern. Physiker haben entdeckt, dass Strange-Quarks sich mit Up- und Down-Quarks verbinden können, um sogenannte Tripletts zu bilden Sternchen, die stabil sein kann - aber nur unter extremen Belastungen.
Wenn Sie einen Neutronenstern zu stark komprimieren, verlieren alle Neutronen ihre Fähigkeit, den Stern zu tragen, und er explodiert und bildet ein Schwarzes Loch. Aber es kann eine Zwischenstufe geben, in der der Druck hoch genug ist, um Neutronen aufzulösen und einen seltsamen Quarkstern zu bilden, aber nicht stark genug, dass die Schwerkraft übernimmt.
Astronomen erwarten nicht, viele seltsame Sterne im Universum zu finden, diese Objekte sollten schwerer als Neutronensterne, aber leichter als Schwarze Löcher sein, und es gibt nicht viel Spielraum. Und da wir die Physik seltsamer Sterne nicht vollständig verstehen, kennen wir nicht einmal die genauen Massen, in denen seltsame Sterne existieren können.
Aber ein Team von Astronomen hat sich kürzlich GW190425 angesehen, ein Gravitationswellenereignis, das durch die Verschmelzung zweier Neutronensterne verursacht wurde, die 2019 beobachtet wurden. Zusammen mit der enormen Menge an Gravitationswellen führt die Verschmelzung von Neutronensternen zur Bildung einer Kilonova, einer Explosion, die stärker als eine normale Nova, aber schwächer als eine Supernova ist. Obwohl Astronomen kein elektromagnetisches Signal von diesem Ereignis erkennen konnten, beobachteten sie 2017 ein ähnliches Ereignis, das sowohl Gravitationswellen als auch Strahlung erzeugte.
Wenn zwei Neutronensterne verschmelzen, gibt es je nach Masse, Spin und Kollisionswinkel mehrere Möglichkeiten für die Entstehung von Ereignissen. Nach theoretischen Berechnungen können sich Neutronensterne gegenseitig zerstören, ein Schwarzes Loch bilden oder einen etwas massereicheren Neutronenstern erzeugen.
Und laut einer neuen Studie könnten diese kosmischen Kollisionen zur Entstehung eines seltsamen Quarksterns führen.
Das Team schätzte, dass die Masse des Objekts, das bei der Fusion von 2019 übrig geblieben war, irgendwo zwischen 3,11 und 3,54 Sonnenmassen lag. Basierend auf unserem besten Verständnis der Struktur von Neutronensternen ist das zu viel Masse und hätte in ein Schwarzes Loch explodieren sollen. Aber es fällt auch in den Massenbereich, der von Strukturmodellen dieser seltsamen Sterne zugelassen wird.
Es ist noch zu früh zu sagen, ob 190425 GW2019 unsere erste Beobachtung eines seltenen Sterns mit einem seltsamen Quark ist, aber zukünftige Beobachtungen (und weitere theoretische Arbeiten) könnten Astronomen dabei helfen, die Position einer dieser exotischen Kreaturen zu bestimmen.
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