Kosmisches Knallbonbon: Wie das Feuerwerk verschmelzender Neutronensterne entsteht

Ein seltenes Spektakel: Am 17. August 2017 beobachteten Astronomen erstmals, wie zwei Neutronensterne miteinander verschmolzen. Dieses Ereignis sorgte für einen kräftigen Helligkeitsausbruch, schickte Gravitationswellen durch den Kosmos und blies Fontänen aus Gas ins All, dessen Partikel annähernd Lichtgeschwindigkeit erreichten.

Forschende vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam haben dieses kosmische Feuerwerk nun anhand der Daten von 2017 in einer Computersimulation neu untersucht. Demnach bildet sich bei der Kollision schon nach wenigen Millisekunden durch Verwirbelungen und Instabilitäten ein weiträumiges Magnetfeld. Die Forschenden vergleichen den Effekt mit einem „Dynamo“, da er durch die schnelle Rotation des Sterns angetrieben wird.

So entsteht ein „Magnetar“ – ein Neutronenstern mit enorm starken Magnetfeldern. 40 Millisekunden nach der Verschmelzung treiben diese Magnetfelder einen Teilchenwind an, der von den Polen des Magnetars ausgeht und für die Jets sorgen, die wie die Wickel eines Knallbonbons kegelförmig aus dem Gebilde herausragen.

Die Forschungsgruppe erklärt in ihrer Publikation in „Nature Astronomy“, dass ihre Simulation die Magnetar-Hypothese schlüssig erkläre: „Zum ersten Mal konnten wir den physikalischen Mechanismus identifizieren, der bei der Verschmelzung von zwei Neutronensternen aus kleineren Magnetfeldern ein großräumiges Magnetfeld erzeugt“, wird der Studienleiter Kenta Kiuchi in einer Mitteilung zitiert.

Magnetfeld erstmals erklärt

In der Verschmelzungssimulation hätten die Forschenden alle Auswirkungen der Einsteinschen Relativitätstheorie und alle anderen physikalischen Grundlagen berücksichtigt, heißt es. Zudem hätte sie die Auflösung aller bisheriger Simulationen um den Faktor zehn übertroffen.

Neutronensterne zählen zu den dichtesten Objekten im Universum: Sie bestehen zu einem großen Teil aus Neutronen. Diese Elementarteilchen sitzen normalerweise von einer lockeren Elektronenhülle umgeben im Kern von Atomen und sind für dessen Masse verantwortlich.

Im Neutronenstern gibt es diese Hüllen nicht mehr, stattdessen sind die Elementarteilchen zu einer extrem dichten Flüssigkeit zusammengepresst – die Masse von ein bis zwei Sonnen finden in einer Kugel von gerade einmal 20 Kilometern Durchmesser Platz. Könnte man einen Löffel dieses Materials schöpfen, würde es so viel wiegen wie ein ganzes Gebirge.