18.12.2020

Radius von Neutronensternen bestimmt

Messung liefert außerdem Wert der Hubble-Konstante, der mit kosmischem Mikrowellenhintergrund verträglich ist.

Ein internationales Wissenschaftsteam um den Astrophysik­professor Tim Dietrich von der Universität Potsdam schaffte nun einen Durchbruch bei der Größen­bestimmung eines typischen Neutronensterns und der Messung der Ausdehnung des Universums. Dazu kombinierten die Forscher Beobachtungs­daten von Neutronenstern-Kollisionen mit kernphysikalischen Berechnungen. Die „Multi-Messenger-Astronomie“ ist ein schnell wachsendes Forschungs­gebiet. Von kollidierenden Neutronen­sternen können Astronomen die Eigenschaften von Materie bei sehr hohen Dichten ableiten. Beim Zusammenstoß von Neutronen­sternen werden die meisten schweren Elemente des Perioden­systems gebildet, außerdem lässt sich aus den dabei abgegebenen Signalen die Expansions­rate des Universums messen.

 

Radius von Neutronensternen bestimmt

Um den physikalischen Prozessen bei Zusammenstößen von Neutronensternen auf die Spur zu kommen, haben Wissenschaftler aus Deutschland, den Niederlanden, Schweden, Frankreich und den USA Beobachtungen dieser Kollisionen mit elektromagnetischen und Gravitations­wellen­signalen kombiniert. „Um astro­physikalische Informationen zum Zustand der Materie unter diesen extremen Bedingungen zu gewinnen, führen wir unsere Beobachtungen mit theoretischen kern­physikalischen Berechnungen zusammen. Mit unserer Methode konnten wir den Durchmesser eines typischen Neutronen­sterns auf rund 12 Kilometer bestimmen. Das entspricht der Größe einer Stadt, aber mit einer Masse von einer halben Million Erdmassen“, sagt Tim Dietrich, Professor für theoretische Astro­physik am Institut für Physik und Astronomie.

Außerdem nutzte das Forschungsteam die astrophysikalischen Informationen, um die Hubble-Konstante zu bestimmen. „In den letzten Jahren hat die Wissenschaftsgemeinschaft versucht, verschiedene Messungen dieser fundamentalen Konstante, welche die Ausdehnung des Universums beschreibt, zu vereinheitlichen. Mit unserem Ansatz konnten wir die Hubble-Konstante neu messen, und die Ergebnisse bestätigen die vorhergehende Messung anhand des kosmischen Mikrowellen­hintergrunds“, fügt Ingo Tews hinzu, Wissenschaftler am Los Alamos National Laboratory und Koautor der Studie.

Ausgehend von theoretischen Überlegungen zur Kernmaterie in Neutronen­sternen analysierten die Forschenden astronomische Daten in einem mehrstufigen Prozess. „Wir berücksichtigten Massebestimmungen von Neutronen­sternen aus Radio­beobachtungen, Messungen eines schnell rotierenden Neutronen­sterns, sowie Beobachtungen von elektro­magnetischen und Gravitations­wellen­signalen von kollidierenden Neutronen­sternen“, erklärt Tim Dietrich die Methoden. „Für letztere haben wir das gesamte Frequenz­spektrum von Radiowellen bis zu Gamma­strahlen untersucht.“ Der entwickelte Ablauf sei allgemeingültig und könne leicht erweitert werden, um in den nächsten Jahren eine wachsende Anzahl von Signalen zu berück­sichtigen, fasst er zusammen.

U. Potsdam / DE

 

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