Eine Illustration zeigt zwei Neutronensterne, die miteinander kollidieren und verschmelzen.(Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Wissenschaftler haben eine neue Möglichkeit entdeckt, das Innere von Neutronensternen zu untersuchen, indem sie Gravitationswellen nutzen, um sie in „kosmische Stimmgabeln“ zu verwandeln. Der Nachhall solcher Wellen in der Raumzeit könnte das Innere dieser extremen Sternreste enthüllen.
Neutronensterne entstehen, wenn massereiche Sterne sterben, und haben bis zu zweimal so viel Masse wie die Sonne, zusammengepfercht auf einen Durchmesser von etwa 20 Kilometern. Das bedeutet, dass sie aus der dichtesten Materie im bekannten Universum bestehen. Luciano Rezzolla und seine Forschungsgruppe an der Goethe-Universität Frankfurt stellen die Theorie auf, dass der Schlüssel zur Entdeckung des Inneren von Neutronensternen in den Kollisionen zwischen diesen extremen Sternüberresten liegen könnte. Genauer gesagt glaubt das Team, dass der Schlüssel darin liegt, sich darauf zu konzentrieren, wie der Tochterüberrest dieser heftigen Kollision die Raumzeit mit Gravitationswellen zum Klingen bringt.
„So wie Stimmgabeln aus unterschiedlichem Material unterschiedliche reine Töne haben, werden Überreste, die durch unterschiedliche Zustandsgleichungen beschrieben werden, mit unterschiedlichen Frequenzen erklingen“, sagte Rezzolla in einer Erklärung. „Die Entdeckung dieses Signals hat daher das Potenzial zu zeigen, woraus Neutronensterne bestehen.“
Ringende Raumzeit
Gravitationswellen wurden zum ersten Mal von Albert Einstein in seiner Theorie der Schwerkraft von 1915 vorgeschlagen, die als allgemeine Relativitätstheorie bekannt ist.
Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass die Schwerkraft dadurch entsteht, dass die Masse das Gewebe der Raumzeit (die vierdimensionale Vereinigung von Raum und Zeit) krümmt. Wenn zwei Neutronensterne in einem Doppelsternsystem umeinander kreisen, strahlen sie Gravitationswellen aus. Diese Gravitationsstrahlung trägt den Drehimpuls vom Doppelsternsystem weg und bewirkt, dass sich die Neutronensterne zusammenziehen. Dadurch erhöht sich die Frequenz der ausgesandten Gravitationswellen, so dass das System immer schneller an Drehimpuls verliert – und immer schneller schrumpft.
Das geht so lange, bis die gegenseitige Schwerkraft der Neutronensterne die Oberhand gewinnt und die Sternüberreste miteinander kollidieren, was eine kataklysmische Explosion, eine so genannte Kilonova, verursacht. Diese sendet auch einen Schrei von Gravitationswellen aus.