Neutronensterne: Fast so krass wie schwarze Löcher

(Schimmernde Töne)

Neutronensterne sind mit das Krasseste im ganzen Universum.

Riesige Atomkerne,

die bei einem Durchmesser von gerade mal ein paar Kilometern

die Masse eines Sterns haben.

Ihre Existenz verdanken sie dem Tod von etwas Gewaltigem.

(Muntere Musik)

(Belebte Musik)

Sterne existieren in einem fragilen Gleichgewicht.

Gravitation zieht die Masse

von Abermilliarden Tonnen heißem Plasma zusammen

und presst alle Stoffe mit einer solchen Kraft ineinander,

dass deren Kerne verschmelzen.

Wasserstoff verschmilzt zu Helium und setzt Energie frei,

die versucht, der Schwerkraft zu entkommen.

In diesem Gleichgewicht sind Sterne ziemlich stabil.

Mit der Zeit geht der Wasserstoff aber aus.

Mittelgroße Sterne wie die Sonne durchlaufen dann

eine Phase als Riesenstern,

in der das Helium zu Kohlenstoff und Sauerstoff verbrennt,

bevor sie zu Weißen Zwergen werden.

Interessant wird es, wenn Sternen das Helium ausgeht,

die viel massereicher sind als die Sonne.

Das Gleichgewicht zwischen Druck und Strahlung kippt.

Die Schwerkraft gewinnt und drückt den Stern noch stärker zusammen.

Der Kern verbrennt heißer und schneller.

Die äußeren Schichten dehnen sich aus

und immer schwerere Elemente verschmelzen miteinander.

Bis aus Kohlenstoff Neon wird, dauert es Jahrhunderte.

Aus Neon Sauerstoff ein Jahr.

Aus Sauerstoff Silizium ein paar Monate.

Und aus Silizium Eisen einen Tag. Dann folgt der Tod.

Eisen ist nukleare Asche, die keine Energie mehr abgibt

und nicht weiter verschmolzen werden kann.

Die Verschmelzung stoppt also plötzlich,

was das Gleichgewicht zerstört.

Ohne den nach außen gerichteten Druck

wird der Kern vom enormen Gewicht des Sterns einfach zermalmt.

Was als nächstes passiert ist Wahnsinn.

Und ziemlich beängstigend.

Partikel wie Elektronen und Protonen

wollen sich eigentlich nicht näherkommen.

Der Druck des kollabierenden Sterns verschmilzt sie aber zu Neutronen,

die dann dicht zusammengedrückt werden wie in einem Atomkern.

Aus einer erdgroßen Eisenkugel

wird also eine Kugel aus reiner Kernmaterie

von der Größe einer Stadt.

Aber nicht nur der Kern, der ganze Stern implodiert.

Und die Schwerkraft zieht die äußeren Schichten

mit einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit nach innen.

Die Implosion prallt am eisernen Kern ab

und die resultierende Schockwelle explodiert nach außen

und katapultiert den Rest des Sterns ins All.

So eine Supernovaexplosion strahlt heller als ganze Galaxien.

(Dynamische Musik)

Übrig bleibt ein Neutronenstern.

Er hat etwa eine Million Mal mehr Masse als die Erde.

Bei einer Breite von gerade mal etwa 25 Kilometern.

Das ist so dicht, dass die Masse aller lebenden Menschen

in nur einem Kubikzentimeter der Neutronensternmaterie

Platz hätte.

Also ungefähr eine Milliarde Tonnen in der Größe eines Würfelzuckers.

Kurz gesagt: Der Mount Everest in einer Kaffeetasse.

Ein Neutronenstern ist richtig extrem.

Er hat die größte Schwerkraft nach Schwarzen Löchern.

Und wäre er noch dichter, würde er zu einem werden.

Licht krümmt sich darum herum,

sodass man die Vorder- und Teile der Rückseite sehen kann.

Seine Oberfläche wird bis zu eine Million Grad Celsius heiß.

Im Vergleich zu den mickrigen 6.000 Grad unserer Sonne.

Klar soweit.

Und von nahem?

Obwohl diese riesigen Atomkerne Sterne sind,

sind sie auch ein bisschen wie Planeten

mit einer festen Kruste um einen flüssigen Kern.

Die Kruste ist extrem hart.

Die äußersten Schichten bestehen aus übriggebliebenem Eisen

von der Supernova,

dicht zusammengepresst in einem Kristallgitter,

durch das Elektronen fließen.

Weiter in der Tiefe drückt die Schwerkraft die Kerne zusammen.

Es gibt immer weniger Protonen.

Denn die meisten davon sind zu Neutronen verschmolzen.

Am Boden der Kruste werden die Kerne sogar so fest zusammengepresst,

dass sie sich berühren.

Protonen und Neutronen ordnen sich neu zu langen Zylindern oder Platten.

Riesige Kerne mit Millionen Protonen und Neutronen,

die aussehen wie Spaghetti oder Lasagne.

Physiker nennen das "nukleare Pasta".

Nukleare Pasta ist extrem dicht.

Die vielleicht stärkste Materie im Universum, quasi unzerstörbar.

Klumpen dieser Pasta bilden in einem Neutronenstern sogar Berge,

die zwar nur ein paar Zentimeter hoch sind,

aber um ein Vielfaches mehr Masse haben als der Himalaya.

Irgendwo unter der Pasta liegt der Kern.

Wir wissen nicht wirklich,

was mit Materie unter so hohem Druck passiert.

Vielleicht lösen sich Protonen und Neutronen

zu einem Quarkmeer auf, zu einem Quark-Gluon Plasma.

Manche dieser Quarks werden vielleicht

zu sogenannten "Seltsamen Quarks", die "Seltsame Materie" bilden.

Die ist so verrückt, dass wir ein ganze Video darüber gemacht haben.

Vielleicht bleiben sie aber auch einfach Protonen und Neutronen.

Niemand weiß es.

Und genau deshalb erforschen wir sie.

Das alles ist ziemlich schwer und zwar buchstäblich.

Also zurück ins All.

Ganz zu Beginn des Kollapses

drehen sich Neutronensterne sehr, sehr schnell um die eigene Achse

wie eine Ballerina, die ihre Arme anzieht.

Neutronensterne sind Ballerinas im All,

die sich viele Male pro Sekunde drehen.

Dadurch entstehen Strahlungsimpulse, weil ihr extremes Magnetfeld

einen Strahl von Radiowellen erzeugt, der bei jeder Drehung vorbeizieht.

Diese Radiopulsare

sind die bekanntesten unter den Neutronensternen.

In der Milchstraße wissen wir von etwa 2.000 davon.

Diese Magnetfelder sind die stärksten im Universum.

Direkt nach der Entstehung

eine Milliarde Mal stärker als das der Erde.

Wir nennen sie Magnetare, bis sie sich etwas beruhigt haben.

Die besten Neutronensterne

sind aber mit anderen Neutronensternen befreundet.

Weil sie Energie als Gravitationswellen ausstrahlen,

die eine Krümmung der Raumzeit verursachen,

verkleinern sich ihre Orbits.

Dann können sie kollidieren

und einander in einer Kilonova-Explosion zerstören,

in der sie ihr Inneres ausspeien.

Passiert das, wird alles so extrem,

dass sich für eine kurze Zeit wieder schwere Kerne bilden.

Nicht durch Fusion, sondern weil neutronenreiche Materie zerfällt

und sich neu zusammensetzt. (Dynamische Musik)

Erst seit kurzem wissen wir, dass das vermutlich der Ursprung

der meisten schweren Elemente im Universum ist.

Gold, Uran, Platin und Dutzende andere.

(Lebhafte Musik)

Jetzt zerfallen unsere beiden Neutronensterne

und werden zu einem Schwarzen Loch.

Um Elemente zu schaffen,

müssen Neutronensterne also nicht nur einmal,

sondern gleich zweimal sterben.

Über Jahrmillionen verteilen sich diese Atome wieder in der Galaxie.

Einige bilden Wolken, die die Schwerkraft

zu neuen Sternen und Planeten zusammenzieht.

Ein immer wiederkehrender Kreislauf.

Unser Sonnensystem ist ein Beispiel dafür.

Und Überbleibsel von Neutronensternen sind allgegenwärtig.

Unsere ganze technologisierte Welt besteht aus Elementen,

die vor Äonen aus Neutronensternen entstanden sind.

Nach einer 13 Milliarden Jahre dauernden Reise

bilden diese Atome jetzt unsere Welt.

Ziemlich cool. Oder?

(Friedliche Musik, Vogelgezwitscher)