Die obere Kruste eines Neutronensterns ist vermutlich aus kristallinem Eisen aufgebaut, dürfte zentimeterhohe Berge aufweisen und mitunter Sternbeben erleben, denen etwas vorangeht, was unter der technischen Bezeichnung „Glitch“ bekannt ist. Der Glitch und die Post-Glitch-Erholungsphase geben einen Blick auf die Natur und das Verhalten des suprafluiden Kerns der Neutronensterne.
Die Ereignisse, die zu einem Neutronensternbeben führen, kann man folgendermaßen beschreiben. Alle Neutronensterne zeigen die Neigung, im Laufe ihres Daseins die Rotation zu verlangsamen, da ihr Magnetfeld wie eine Bremse auf die Sternumdrehung wirkt. Magnetare, die mit einem besonders starken Magnetfeld ausgestattet sind, erfahren daher auch eine stärkere Abbremsung.
Während dieses dynamischen Vorgangs wirken zwei gegensätzliche Kräfte auf die Gestalt des Sterns ein. Die sehr hohe Rotationsgeschwindigkeit versucht, den Stern am Äquator nach außen zu ziehen und ihn so in ein abgeflachtes Rotationsellipsoid zu verwandeln. Dem wirkt die gewaltige Schwerkraft entgegen, die versucht, den Stern in ein hydrostatisches Gleichgewicht zu bringen, den Stern also in einer Kugelform zu halten.
Rotiert der Stern immer langsamer, wird seine Kruste – die eine 10 Milliarden mal höhere Festigkeit als Stahl besitzen dürfte – sich tendenziell eher aufwölben als brechen. Es könnte zu einem Prozeß kommen, der der Plattentektonik auf der Erde ähnelt. Dieser Prozeß erzeugt auf dem Neutronenstern „Berge“, die nur Zentimeter hoch werden. Das Aufwölben kann einiges an Spannung, die die Kruste erfährt, abbauen. Doch mit fortschreitender Abbremsung baut sich die Spannung immer mehr auf, bis sie sich plötzlich entlädt.
Der plötzliche Zusammenfall eines 10 cm hohen Berges an der Oberfläche eines Neutronensterns wird als mögliche Ursache für die Erzeugung von meßbaren Gravitationswellen in Betracht gezogen – doch müssen diese erst noch nachgewiesen werden. Aber grundlegender ist, daß das Sternbeben mit einer Neuausrichtung des Magnetfelds des Neutronensterns gekoppelt ist oder eventuell sogar durch diese Neuausrichtung ausgelöst wird.
Es ist denkbar, daß die tektonische Bewegung von Krustensegmenten die magnetischen Feldlinien aufwickelt, die zuvor die Oberfläche des Neutronensterns durchbrochen hatten. In einem Sternbeben erfolgt dann die plötzliche und heftige Energiefreisetzung. Dies als Folge davon, daß das Magnetfeld des Sterns auf ein niedrigeres Energieniveau fällt, während sich die Sterngeometrie reorganisiert. Die Freisetzung der Energie geht mit einem gigantischen Blitz aus Röntgen- und Gammastrahlen einher.
Die Ereignisse, die zu einem Neutronensternbeben führen, kann man folgendermaßen beschreiben. Alle Neutronensterne zeigen die Neigung, im Laufe ihres Daseins die Rotation zu verlangsamen, da ihr Magnetfeld wie eine Bremse auf die Sternumdrehung wirkt. Magnetare, die mit einem besonders starken Magnetfeld ausgestattet sind, erfahren daher auch eine stärkere Abbremsung.
Während dieses dynamischen Vorgangs wirken zwei gegensätzliche Kräfte auf die Gestalt des Sterns ein. Die sehr hohe Rotationsgeschwindigkeit versucht, den Stern am Äquator nach außen zu ziehen und ihn so in ein abgeflachtes Rotationsellipsoid zu verwandeln. Dem wirkt die gewaltige Schwerkraft entgegen, die versucht, den Stern in ein hydrostatisches Gleichgewicht zu bringen, den Stern also in einer Kugelform zu halten.
Rotiert der Stern immer langsamer, wird seine Kruste – die eine 10 Milliarden mal höhere Festigkeit als Stahl besitzen dürfte – sich tendenziell eher aufwölben als brechen. Es könnte zu einem Prozeß kommen, der der Plattentektonik auf der Erde ähnelt. Dieser Prozeß erzeugt auf dem Neutronenstern „Berge“, die nur Zentimeter hoch werden. Das Aufwölben kann einiges an Spannung, die die Kruste erfährt, abbauen. Doch mit fortschreitender Abbremsung baut sich die Spannung immer mehr auf, bis sie sich plötzlich entlädt.
Der plötzliche Zusammenfall eines 10 cm hohen Berges an der Oberfläche eines Neutronensterns wird als mögliche Ursache für die Erzeugung von meßbaren Gravitationswellen in Betracht gezogen – doch müssen diese erst noch nachgewiesen werden. Aber grundlegender ist, daß das Sternbeben mit einer Neuausrichtung des Magnetfelds des Neutronensterns gekoppelt ist oder eventuell sogar durch diese Neuausrichtung ausgelöst wird.
Es ist denkbar, daß die tektonische Bewegung von Krustensegmenten die magnetischen Feldlinien aufwickelt, die zuvor die Oberfläche des Neutronensterns durchbrochen hatten. In einem Sternbeben erfolgt dann die plötzliche und heftige Energiefreisetzung. Dies als Folge davon, daß das Magnetfeld des Sterns auf ein niedrigeres Energieniveau fällt, während sich die Sterngeometrie reorganisiert. Die Freisetzung der Energie geht mit einem gigantischen Blitz aus Röntgen- und Gammastrahlen einher.
Im Fall eines Neutronensterns vom Magnetar-Typ kann solch ein Blitz die meisten anderen Röntgenquellen im Universum überstrahlen. Die von einem Magnetar darüber hinaus in großen Mengen freigesetzte Gammastrahlung wird als weiche Gammastrahlen-Emission bezeichnet, um sie von den noch energiereicheren Gammastrahlenausbrüchen, die auf andere Phänomene zurückzuführen sind, zu unterscheiden.
Jedoch ist die Bezeichnung „weich“ unglücklich gewählt, denn auch ein solcher Strahlungsausbruch wird einen Menschen unweigerlich töten, wenn er sich nahe genug am Ort des Ausbruchs aufhält. Beim Magnetar SGR 1806-20 verzeichnete man im Dezember 2004 eine der gewaltigsten Ausbrüche überhaupt.
Mit dem Beben und dem Strahlungsausbruch kann ein Neutronenstern zudem einen Glitch erfahren. Darunter versteht man das plötzliche, zeitlich begrenzte Ansteigen der Rotationsgeschwindigkeit des Neutronensterns. Dies ist aber nur zum Teil auf die Erhaltung des Drehmoments zurückzuführen, wenn der Äquator des Sterns sich etwas zusammenzieht. Denn mathematische Modelle deuten darauf hin, daß dies alleine nicht genügt, um den zeitlich begrenzten Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit, der mit einem Neutronenstern-Glitch verbunden ist, zu erklären.
Theoretisches Modell des Inneren eines Neutronensterns. Ein Mantel aus kristallinem Eisen umgibt eine Schicht aus stark mit Neutronen angereicherten Atomen. Darunter befindet sich die entartete Materie des Kerns – wo subatomare Teilchen durch magnetische und gravitative Kräfte auseinandergezogen und verdrillt werden. Quelle: Université Libre de Bruxelles (ULB)
Jedoch ist die Bezeichnung „weich“ unglücklich gewählt, denn auch ein solcher Strahlungsausbruch wird einen Menschen unweigerlich töten, wenn er sich nahe genug am Ort des Ausbruchs aufhält. Beim Magnetar SGR 1806-20 verzeichnete man im Dezember 2004 eine der gewaltigsten Ausbrüche überhaupt.
Mit dem Beben und dem Strahlungsausbruch kann ein Neutronenstern zudem einen Glitch erfahren. Darunter versteht man das plötzliche, zeitlich begrenzte Ansteigen der Rotationsgeschwindigkeit des Neutronensterns. Dies ist aber nur zum Teil auf die Erhaltung des Drehmoments zurückzuführen, wenn der Äquator des Sterns sich etwas zusammenzieht. Denn mathematische Modelle deuten darauf hin, daß dies alleine nicht genügt, um den zeitlich begrenzten Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit, der mit einem Neutronenstern-Glitch verbunden ist, zu erklären.
Theoretisches Modell des Inneren eines Neutronensterns. Ein Mantel aus kristallinem Eisen umgibt eine Schicht aus stark mit Neutronen angereicherten Atomen. Darunter befindet sich die entartete Materie des Kerns – wo subatomare Teilchen durch magnetische und gravitative Kräfte auseinandergezogen und verdrillt werden. Quelle: Université Libre de Bruxelles (ULB)
González-Romero und Blázquez-Salcedo haben vorgeschlagen, daß eine Neujustierung der Thermodynamik des suprafluiden Kerns ebenfalls eine Rolle spielen könnte. Der anfängliche Glitch heizt den Kern auf, die Nach-Glitch-Zeit verbindet Kern sowie Kruste und führt zu einem neuen thermischen Gleichgewicht – mindestens bis zum nächsten Glitch.
Von Steve Nerlich in Universe Today – Übersetzt von Harald Horneff
