Einblicke in Neutronensterne

Neutronensterne sind Überreste von Supernova-Explosionen, deren Materie so verdichtet wird, dass Protonen und Elektronen in seinen Atomen zu Neutronen verschmelzen. Ihre Dichte ist so hoch, dass ein Teelöffel dieser ultra-dichten Materie auf der Erde etwa sechs Milliarden Tonnen wiegen würde.

Einige Neutronensterne besitzen auch starke Magnetfelder, die eine Million Milliarden Mal stärker als das Magnetfeld der Erde sind. Es überrascht also nicht, dass Neutronensternen ein einzigartiges Laboratorium für EU-finanzierte Wissenschaftler bieten, um Materie unter extremen Bedingungen, die in keinem Labor der Erde nachgeahmt werden können, zu erforschen.

Das ultimative Ziel des Projekts NSLABDM (Neutron stars as a laboratory for dense matter) war es, die Eigenschaften von supranuklearer Materie in ihrem Innern durch Messungen der Massen, Radien und Kühlraten von Neutronenstern einzugrenzen. Die Ergebnisse stellen einen bedeutenden Fortschritt in unserem gegenwärtigen Verständnis von stark wechselwirkender Materie dar.

Die Eigenschaften der heißen und dichten Umgebung im Kern von Neutronensternen wurden im Rahmen von effektiven Feldtheorien untersucht. Die Wissenschaftler von NSLABDM konnten die Widerstandskraft und Diffusionskoeffizienten von seltsamen Mesonen berechnen, die für Schwerionenkollisionsexperimente relevant sind.

NSLABDM verwendete Messungen von Schwerionenkollisionen, um eine Zustandsgleichung der Kernmaterie für Dichten von bis zu dem Dreifachen der Sättigungsschwelle von Kernmaterie zu definieren. Aus diesem Zusammenhang zwischen Dichte, Temperatur und Druck konnten sie einen Grenzwert für die höchste denkbare Neutronensternmasse abschätzen.

Bei den extrem hohen Drücken im Innern von Neutronensternen gehen Neutronen Verbindungen ein. Die entstehenden Paare entspannen sich zum niedrigsten in der Quantenphysik möglichen Energiezustand und verwandeln sich in eine Supraflüssigkeit. Die Wissenschaftler von NSLABDM analysierten verschiedene dissipative Prozesse, um Transportkoeffizienten abzuleiten, die den Schlüssel für das Verständnis der mikroskopischen Physik von reibungsfreier Materie bilden.

Alle erhaltenen Ergebnisse wurden in den zahlreichen Veröffentlichungen des NSLABDM-Projekts beschrieben. Die Forschungsergebnisse lieferten wertvolle Einblicke zu der Frage, wie Elementarteilchen interagieren und wie stark Materie komprimiert werden kann.