Pandorama

Neutronensterne

Die Sonne hat einen Durchmesser von etwa 1,4 Millionen Kilometern. Auf ihrer Oberfläche würdest du umgerechnet etwa 2 Tonnen wiegen, weil dort eine größere Gravitation herrscht als auf der Erde. Nimmt man die Sonne und quetscht sie auf einen Radius von etwa 10 Kilometern zusammen, könnten die Atome, aus denen sie besteht - etwa 90% Wasserstoff, außerdem noch Helium und zu einem geringen Anteil weitere Elemente - dem Druck der Schwerkraft nicht mehr standhalten.

So etwas kann passieren, wenn Sterne über 8 Sonnenmassen in ihrem Endstadium den Fusionsbrennstoff verbraucht haben, so dass es keinen Strahlungsdruck mehr gibt, der sich der Gravitation widersetzen könnte. Der Stern fällt schlagartig in sich zusammen, die Stoßwelle wird vom supermassiven Sternenkern reflektiert, und es erfolgt eine Supernova-Explosion, in der die äußere Hülle des Sterns abgesprengt wird, so dass nur 1,2 bis 2 Sonnenmassen Kernmaterie zurückbleiben.

Unter normalen Bedingungen stoßen sich die Elektronen der Atome gegenseitig ab, so dass zwischen zwei Atomkernen sehr, sehr viel leerer Raum ist. An sich besteht Materie aus fast nichts. Wenn der Atomkern die Größe einer Erbse hätte, wäre das Atom etwa so groß wie ein Fußballfeld. Alles leerer Raum. Die gewaltige Gravitation des Neutronensterns bringt aber die Atomkerne dazu, näher aneinander zu rücken. Elektronen werden dabei in den Kern gedrückt und verwandeln sich mit Protonen zu Neutronen, so dass schließlich fast alle Materie aus Neutronen besteht. Man könnte auch sagen, dass aus dem gesamten Stern ein riesiges Neutron geworden ist. Die Atomkerne, die vorher durch Elektromagnetismus so weit entfernt waren, liegen jetzt direkt nebeneinander, was dem Neutronenstern eine ungeheure Dichte verleiht. Würde man den Stern auch nur ein bisschen weiter zusammenpressen, etwa durch Hinzufügen weiterer Materie, bekäme man ein Schwarzes Loch. Dazu ein andermal mehr.

Da Sterne meist aus riesigen, langsam rotierenden Gaswolken entstehen und der Drehimpuls erhalten bleibt, rotieren Sterne durch den Pirouetteneffekt sehr viel schneller als die Gaswolken, aus denen sie entstanden. Neutronensterne wiederum sind so klein, dass ihre Rotationsgeschwindigkeit meist enorm ist. Sie können mehrere Hundert Umdrehungen pro Sekunde erreichen und so am Äquator mit beispielsweise einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit rotieren.

Aber nicht nur durch die Rotationsgeschwindigkeit ist es schwierig, auf einem Neutronenstern gemütlich spazierenzugehen. Wer auf dem Neutronenbrei ausrutscht und hinfällt, schlägt innerhalb von Mikrosekunden mit Millionen von Stundenkilometern auf der Sternoberfläche auf. Glücklich ist, wer sich da noch rechtzeitig abstützen kann. Vor allem, weil du hier umgerechnet mehrere Milliarden Tonnen wiegst.

Betrachten wir unseren Neutronenstern lieber von außen. Um von der ungemütlichen Oberfläche wegzukommen, müssen wir uns allerdings (unbeschleunigt) mit rund einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit entfernen, sonst fallen wir wieder zurück. Für uns kein Problem.
Es fällt auf, dass der Stern eine nahezu perfekte Kugel ist. Die höchsten Berggipfel sind nur Millimeter hoch. Sie bestehen aus Eisenatomkernen, die an der Oberfläche bestehen können. Freie, nicht in Atomkernen (oder anderen Kernverbunden) organisierte Neutronen zerfallen nämlich in ein Proton, ein Elektron und ein Neutrino. Ihre Halbwertszeit liegt nur bei etwa 15 Minuten.

Und - Moment mal! Bei einer Vermessung stellen wir fest, dass wir aus unserer Perspektive mehr als nur die Hälfte der Neutronenkugel sehen können! Wir sehen etwa 70% der Sternoberfläche. Dies ist dadurch möglich, dass schwere Objekte die Raumzeit stark krümmen. Man nennt dies den Gravitationslinsen-Effekt. Ein Teil des Lichts, das von der uns abgewandten Seite des Sterns abgestrahlt wird, wird entlang der Kugel gebogen und kann über den Horizont in unser Auge gelangen.

Möglicherweise sehen wir am Rand des Neutronensterns auch eine so genannte Akkretionsscheibe:
Material von Begleitersternen oder aus dem interstellaren Raum (etwa Gaswolken) wird durch unseren Stern beschleunigt und aufgeheizt. Aufgrund des Drehimpulses bildet sich am Äquator des Sterns eine flächige heiße Plasmascheibe, die je nach Materieeintrag stark strahlt. Allzu gemütlich ist es also auch hier draußen nicht.