24.02.2011

Stellare Supraleiter

Starke Sternabkühlung unterstützt Theorien, die suprafluide und supraleitende Neutronensterne voraussagen.

Stellare Suprafluide

Starke Sternabkühlung unterstützt Theorien, die suprafluide und supraleitende Neutronensterne voraussagen.

Zwei unabhängige Forscherteams kommen auf Basis von Daten des Chandra Röntgensatelliten der NASA zu dem Schluss, dass sich innerhalb der letzten hundert Jahre im Kern des Sterns „Cassiopeia A“ ein Suprafluid aus Neutronen bildete. Suprafluide sind Flüssigkeiten, die keinerlei interne Reibung aufweisen und so auch durch winzigste Spalte dringen können. Ähnlich weisen Supraleiter keinen elektrischen Widerstand auf, auch große Ströme können ohne Erwärmung des Leiters fließen.

Abb.: Zusammengesetzte Aufnahme aus dem Röntgenbereich (rot, grün, blau) und dem Sichtbaren (gelb) der Überreste der Supernova von Cassiopeia A. Die Illustration zeigt verschiedene Schichten eines Neutronensterns, mit suprafluider Materie im innersten Kern. (Bild: X-ray: NASA/CXC/xx; Optical: NASA/STScI; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss)

Der entscheidende Hinweis auf diesen – auf der Erde – ungewöhnlichen Zustand war eine starke Abkühlung des Sterns um 4 % innerhalb der letzten zehn Jahre. Berechnungen des „normalen" Kühlmechanismus bei der Entstehung von Neutronensternen nach einer Supernova lassen eine geringere Rate erwarten. Entweichende Neutrinos aus dem Inneren tragen die Energie fort und kühlen somit den Kern. Der Übergang zur Suprafluidität der Neutronen sorgt jedoch für die Erzeugung weiterer Neutrinos, also für eine stärkere Temperaturabnahme.

Effekte wie Suprafluidität lassen sich zwar auf der Erde nur unterhalb kritischer Temperaturen nahe dem Nullpunkt beobachten, doch herrschen im Inneren eines Neutronensterns eben sehr exotische Bedingungen. Nicht nur erreichen dort die Temperaturen mehrere Millionen oder Milliarden Kelvin, sondern die starke Kraft, welche Quarks zu Neutronen und Protonen und diese zu Kernen zusammenbindet, kann zum Übergang zur Suprafluidität sorgen. Laut der neuen Ergebnisse findet der Übergang in die suprafluide Phase bei einer kritischen Temperatur zwischen einer halben und einer Milliarde Kelvin statt. Vorhandene Protonen im Kern des Sterns werden als Ladungsträger unter diesen Bedingungen supraleitend.

Diese Übergangsphase von ein paar hundert Jahren stellt auf kosmischen Skalen eine sehr kurze Zeit dar. Somit ist es ein glücklicher Umstand, einen solchen Stern zur rechten Zeit beobachten zu können.

KK

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