18.01.2024

Das Rätsel superstarker Magnetfelder

Kooperationsprojekt von Astrophysikern der Universitäten Jena und Warschau zur Erforschung von Neutronensternen.

Die Dimensionen einer Supernova-Sternenexplosion sind nur schwer vorstellbar, und noch schwieriger zu begreifen ist das Konzept eines Neutronensterns, der nach der Explosion entsteht. Wenn ein massereicher Stern kollabiert, kann der Sternkern von etwa einer Sonnenmasse zu einer Kugel mit einem Radius von nur rund zehn Kilometern komprimiert werden. Das Gravitationsfeld dieses sterbenden Sterns erreicht dabei die hundertmilliardenfache Stärke des Schwerefelds der Erde. In solch extremen Objekten erreicht das während des Kollapses erzeugte Magnetfeld eine Intensität, die mehr als das hundertmillionenfache des Erdmagnetfeldes und eine Milliarde Mal stärker ist als bei medizinischen Magnetresonanztomographen. Wegen solcher Magnetfelder können Neutronensterne überhaupt als Pulsare beobachtet werden.

Abb.: Die Sausage-Instabilität des Magnetfelds in einem Neutronenstern.
Abb.: Die Sausage-Instabilität des Magnetfelds in einem Neutronenstern.
Quelle: W. Cook, U. Jena

„Obwohl wir Neutronensterne seit fünfzig Jahren beobachten und studieren, verstehen wir die Magnetfeldkonfiguration im Inneren der Sterne noch immer nicht vollständig“, sagt Sebastiano Bernuzzi von der Uni Jena. Gemeinsam mit seinem Kollegen Brynmor Haskell von der Uni Warschau möchte der Physiker das ändern. Die beiden Forscher starten jetzt das Projekt „Merlin“, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Narodowe Centrum Nauki im Rahmen der Weave-Initiative der EU gefördert wird.

In dem Forschungsprojekt soll die Expertise von Haskells Gruppe in der Astrophysik von Pulsaren mit der Expertise der Jenaer Gruppe von Bernuzzi auf dem Gebiet der numerischen Simulation von Neutronensternen gebündelt werden. Erforscht werden soll beispielsweise, ob es eine Gleichgewichtskonfiguration für das Magnetfeld im Inneren eines Neutronensterns gibt. Wie wird ein solches Gleichgewicht erreicht?

Schon jetzt werden die von Neutronensternen ausgesandten elektromagnetischen Wellen von Teleskopen im Radio- und Röntgenbereich routinemäßig aufgefangen, was es ermöglicht, die Masse und den Radius der Sterne zu messen. „Wir werden die theoretischen Grundlagen für künftige Beobachtungen schaffen, indem wir die Magnetfelddynamik im Inneren von Neutronensternen und die Rolle von Turbulenzen bei ihrer Entwicklung untersuchen“, sagt Bernuzzi.

Dabei werde Einsteins allgemeine Relativitätstheorie angewandt, um die Entwicklung der superstarken Magnetfelder zu modellieren und genaue astrophysikalische Modelle zu erstellen. In naher Zukunft, so Bernuzzi, können isolierte Neutronensterne auch über Gravitationswellen beobachtet werden. Solche Gravitationswellenpulsare werden Informationen übermitteln, die zu den elektromagnetischen Wellen komplementär sind.   

Das Projekt „The Magnetic Field Dynamics in Neutron Stars“, kurz Merlin, ist auf drei Jahre befristet. Die finanzielle Förderung beträgt etwa eine halbe Million Euro.

FSU Jena / RK

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