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Eine Illustration zeigt die Oberfläche eines Neutronensterns, der wie eine Atombombe explodiert (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Astronomen haben entdeckt, dass sich ein Neutronenstern, der als „toter Stern“ bezeichnet wird, mit einer unglaublichen Geschwindigkeit von 716 Mal pro Sekunde dreht und damit der sich am schnellsten drehende kosmische Körper ist, der je gesehen wurde. Und nicht nur das: Auf der Oberfläche des Neutronensterns kommt es zu Explosionen, die so stark sind wie die Detonation von Atombomben.

Das Team entdeckte den extremen Sternüberrest mithilfe des NASA-Röntgenteleskops Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), das an der Außenseite der Internationalen Raumstation (ISS) angebracht ist.

Der explodierende Neutronenstern ist Teil des Doppelsternsystems 4U 1820-30, das sich im Kugelsternhaufen NGC 6624 befindet, der etwa 26 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Schütze im Herzen der Milchstraße liegt.

„Wir untersuchten die thermonuklearen Explosionen dieses Systems und fanden bemerkenswerte Oszillationen, die auf einen Neutronenstern hindeuten, der sich mit erstaunlichen 716 Mal pro Sekunde um seine Mittelachse dreht“, sagte Teammitglied Gaurava K. Jaisawal von DTU Space in einer Erklärung.

Der einzige Körper, der dem Neutronenstern in 4U 1820-30 in Bezug auf seine Rotationsrate nahe kommt, ist ein anderer Neutronenstern, PSR J1748-2446, der sich ebenfalls 716 Mal pro Sekunde oder 42.960 Mal pro Minute dreht.

Schwerkraft gestützt hat.

Dadurch kollabiert der Kern dieses Sterns schnell unter seiner eigenen Schwerkraft und sendet Schockwellen aus, die sich bis in die äußeren Schichten des sterbenden Sterns ausbreiten. Dies löst eine Supernova-Explosion aus, die diese äußeren Schichten und damit den größten Teil der Masse des Sterns wegreißt.

Dadurch bleibt der Kern des Sterns als stellarer Leichnam mit einer Masse zurück, die zwischen 1 und 2 Mal so groß ist wie die der Sonne. Dieser neugeborene (oder gerade verstorbene?) Neutronenstern hat eine Breite von nur etwa 20 Kilometern. Die rasche Verdichtung des Durchmessers bewirkt, dass sich Neutronensterne schnell drehen.

Eine Illustration zeigt einen „Vampir“-Neutronenstern, der sich von einem nahen Begleitstern ernährt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Wie man sich vorstellen kann, hat es extreme Folgen, wenn man die Masse von zwei Sonnen in einen Körper presst, der auf die Fläche von Manhattan Island passen würde. Durch diese schnelle Kompression werden negativ geladene Elektronen und positiv geladene Protonen zusammengepresst, wodurch ein Meer von neutralen Teilchen entsteht, die Neutronen genannt werden und Neutronensterne füllen.

Diese Materie ist die dichteste im bekannten Universum. Sie ist sogar so dicht, dass ein Teelöffel Neutronensternmaterie, der auf die Erde gebracht würde, 10 Millionen Tonnen wiegen würde – so viel wie 85.000 Blauwale.

Mit dieser unglaublichen Dichte geht ein unglaublich starker Gravitationseinfluss einher. Das bedeutet, dass Materie, die sich auf einen Neutronenstern zubewegt, auf Geschwindigkeiten von Millionen von Meilen pro Stunde beschleunigt wird. Wenn sie also auf die Oberfläche eines Neutronensterns trifft, setzt diese Materie eine unglaubliche Menge an Energie frei.

Zum Vergleich: Wenn ein Marshmallow auf die Oberfläche eines Neutronensterns fallen würde, würde er mit der Energie von tausend gleichzeitig explodierenden Wasserstoffbomben auftreffen.

Wenn dieser gewöhnliche Marshmellow den Neutronenstern in der Ferne erreicht, wird er mit der gleichen Energie einschlagen, die freigesetzt wird, wenn Tausende von Atombomben gezündet werden. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))Wenn sich diese gestohlene Sternenmaterie auf der Oberfläche eines Neutronensterns anhäuft, kann sie eine kritische Masse erreichen und in einer gewaltigen thermonuklearen Explosion explodieren.

„Während dieser Ausbrüche wird der Neutronenstern bis zu 100.000-mal heller als die Sonne und setzt eine immense Energiemenge frei“, sagte Teammitglied und DTU-Weltraumwissenschaftler Jerome Chenevez in der Erklärung. „Wir haben es also mit sehr extremen Ereignissen zu tun, und indem wir sie im Detail untersuchen, erhalten wir neue Einblicke in die Lebenszyklen von Doppelsternsystemen und die Entstehung von Elementen im Universum.“

NICER beobachtete das Doppelsternsystem 4U 1820-30 zwischen 2017 und 2021. In dieser Zeit entdeckte das Team der DTU Space 15 thermonukleare Explosionen anhand des von ihnen erzeugten Röntgenlichts.

Eine dieser Explosionen trug eine Signatur, die Wissenschaftler als „thermonukleare Burst-Oszillationen“ bezeichnen und die eine Frequenz von 716 Hz hatte. Da diese Burst-Oszillationen mit der Rotationsrate von Neutronensternen übereinstimmen, bestätigt dies, dass sich dieser Körper 716 Mal pro Sekunde dreht.

„Wenn künftige Beobachtungen dies bestätigen, wäre der Neutronenstern 4U 1820-30 eines der sich am schnellsten drehenden Objekte, die jemals im Universum beobachtet wurden, nur übertroffen von einem anderen Neutronenstern namens PSR J1748-2446“, so Jaisawal.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 25. Oktober 2024 in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht.