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Dr. Hannelore Hämmerle
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Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching

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Radioastronomen nutzen Pulsar mit starkem Magnetfeld zum Studium des superschweren schwarzen Lochs

Ein Magnetar im Herzen der Milchstraße

Radioastronomen nutzen Pulsar mit starkem Magnetfeld zum Studium des superschweren schwarzen Lochs
Neutronensterne vereinigen rund anderthalb Sonnenmassen in einer Kugel, deren Radius mit 10 bis 12 Kilometern nicht größer ist als der einer Kleinstadt.

Bilder aus der Wissenschaft: Neutronenstern

Neutronensterne vereinigen rund anderthalb Sonnenmassen in einer Kugel, deren Radius mit 10 bis 12 Kilometern nicht größer ist als der einer Kleinstadt. [mehr]

Auf den Punkt gebracht

● Neutronensterne sind die unvorstellbar dichten Überreste von Supernovae. Nur etwa 20 Kilometer im Durchmesser, rotieren sie schnell um ihre Achsen, senden dabei Strahlungskegel ins All und werden dadurch als Pulsare sichtbar.

● Etwa zehn Prozent aller Neutronensterne besitzen starke Magnetfelder; diese Sterne heißen daher Magnetare.

● Magnetare zeigen gelegentlich heftige Strahlungsausbrüche, die auf den katastrophalen Zusammenbruch und die Neuorganisation des äußeren Magnetfelds zurückgehen.

● Bei den Explosionen schwingen die Neutronensterne. Diese Schwingungen lassen sich indirekt beobachten und geben letztlich Aufschluss über Aufbau und Zusammensetzung des Sterns.

Sterne mit großer Anziehung

Sterne mit großer Anziehung

Sie gehören zu den exotischsten Objekten im All: Neutronensterne. Unvorstellbar dicht und nur 20 Kilometer groß, rotieren sie rasend schnell um ihre Achsen, wobei sie Strahlungskegel in den Raum senden. Manche dieser kosmischen Leuchttürme haben besonders starke Magnetfelder. Michael Gabler vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching studiert diese Magnetare – und lernt so einiges über deren Beschaffenheit.
Kosmische Kugel: Magnetare sind extrem dicht gepackte, rotierende Neutronensterne und besitzen außergewöhnlich starke Magnetfelder. Bild vergrößern
Kosmische Kugel: Magnetare sind extrem dicht gepackte, rotierende Neutronensterne und besitzen außergewöhnlich starke Magnetfelder. [weniger]

TEXT HELMUT HORNUNG

Am fünften Tag der Reise kam ein gewaltiger Sturm auf, der das Boot immer weiter vom Kurs abtrieb – direkt auf den Magnetberg zu. Da halfen auch keine Gebete: „Die Kraft des Berges begann, das Schiff an sich zu ziehen, dass es in Stücke ging.“ Die Ritter im Volksbuch Herzog Ernst aus dem späten 12. Jahrhundert müssen mit einer der Gefahren kämpfen, die neben furchtbaren Schlangen und anderen Monstern auf die Seefahrer früherer Epochen in den Untiefen des Ozeans lauerten. Irdische Magnetberge gehören allerdings ins Reich der Fabel. Magnetische Sterne aber gibt es tatsächlich.

Magnetfelder sind im Universum allgegenwärtig. Sie existieren um Planeten, durchziehen unsere Milchstraße und stecken nicht nur im galaktischen Gas, sondern finden sich auch in den daraus geformten Sonnen. Die meisten Sterne besitzen allerdings nur sehr schwache globale Magnetfelder. In den 1950er-Jahren entdeckten die Astronomen aber sogenannte Ap-Sterne. In deren Hüllen fanden sich große Mengen an Metallen wie Mangan oder Chrom. Diese Himmelskörper haben die zwei- bis zehnfache Masse unserer Sonne – und ein tausendfach stärkeres Magnetfeld. Der Stern Alioth in der Deichsel des Großen Wagens beispielsweise zählt zu dieser Familie. Auch unter den Weißen Zwergen, den ausgebrannten Kernen gewöhnlicher Sterne, fanden die Forscher manch magnetisches Exemplar.

Eine potentielle Gefahr für interstellare Raumschiffe

Doch die Magnetare schlagen alles. Die extrem dicht gepackten, etwa 20 Kilometer großen Überbleibsel von Supernovae drehen sich schnell um ihre Achsen. Während der Geburt eines solchen Neutronensterns wird nicht nur die Materie gewaltig zusammengequetscht, sondern auch das Magnetfeld stark komprimiert, das ein Dynamoeffekt kurz nach dem Kollaps noch weiter verstärken kann.

So erreichen diese Sternleichen Feldstärken, die denen von 100 Milliarden handelsüblichen Stabmagneten entsprechen. „Ein Magnetar in Mondentfernung würde Ihnen alle Daten von Ihrer Kreditkarte in der Hosentasche löschen“, sagt Michael Gabler. Für interstellare Raumschiffe könnten diese Sterne also eine echte Gefahr bedeuten. Aber der Forscher am Max-Planck-Institut für Astrophysik interessiert sich weniger für Fiktion. Denn die Magnetare sind auch für die Wissenschaft spannend genug. Die Gebilde haben eine bewegte Geschichte. Sie entstehen beim spektakulären Tod einer Sonne, einer Supernova.

Dabei ist ein Stern zwischen acht und 20 Sonnenmassen in die Energiekrise geraten. Der Brennstoff, der die Kernfusion über Jahrmillionen speiste, ist aufgebraucht. Der nukleare Ofen erlischt. Die Kugel besteht jetzt wie eine Zwiebel aus Schalen aller möglichen chemischen Elemente, die während der Fusion erzeugt wurden. Schließlich bildet sich im Zentrum ein Eisenkern. Dichte und Temperatur nehmen weiter zu, bis die Eisenatome förmlich verdampfen.

Die Gravitation übt einen stetig wachsenden Druck aus, dem der etwa erdmondgroße Kern irgendwann nicht mehr standhält: Er kollabiert in Bruchteilen von Sekunden. Die Materie stürzt auf das Zentrum zu, das gleichzeitig weiter komprimiert – so lange, bis sie zurückprallt. Ähnlich wie bei einer Feder, die man erst zusammendrückt und dann loslässt, entweicht die Energie schlagartig nach außen und reißt die Materie ins freie All mit. Im Überrest der zentralen Kugel von 1,4 Sonnenmassen herrscht eine Dichte wie im Innern eines Atomkerns. Das ist die Geburtsstunde des Neutronensterns. (Wobei das Wort Geburtsstunde reichlich übertrieben ist, denn all das passiert innerhalb von Millisekunden.) Der Neutronenstern heizt sich auf Temperaturen bis zu 500 Milliarden Grad auf und produziert eine Unmenge an Neutrinos.

Diese Neutrinos – elektrisch neutrale Teilchen mit extrem wenig Masse, die kaum mit Materie wechselwirken – sind für den Explosionsprozess von essenzieller Bedeutung. Denn die nach außen rasende Stoßwelle, die den Stern zerfetzen sollte, läuft sich nach wenigen Hundert Kilometern tot. Die Neutrinos hingegen transportieren so viel Energie vom Kern zur Stoßwelle, dass die Sternhülle schließlich doch weggeschleudert wird. Eine Supernova leuchtet auf.

 
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