Neutronensterne und Pulsare

Massivere Sterne, die in sich zwischen fünf- und vierzigmal soviel Masse vereinigen wie unsere Sonne, nehmen ein dramatisches Ende. Ist der Kernbrennstoff, aus dessen Verschmelzung sich ihr Leuchten speist, verbraucht, kommt es zu einer gigantischen Explosion, einer so genannten Supernova. Dabei wird zum einen die Hülle des Sterns ins All geschleudert, verbunden mit einem unvorstellbaren Aufleuchten.

Zum anderen stürzen die Kernregionen des Sterns immer weiter zusammen. Binnen weniger Sekunden hat ihre Dichte soweit zugenommen, dass herkömmliche Atome den Druck nicht mehr aushalten. Ihre Elektronen und Protonen vereinigen sich zu elektrisch neutralen Neutronen, und es entsteht ein unvorstellbar dichter Ball aus Kernmaterie, nicht viel mehr als 20 Kilometer im Durchmesser, aber mit größerer Masse als die Sonne: ein Neutronenstern. Ein Stecknadelkopf voll Neutronensternmaterie hat mehr als doppelt soviel Masse wie das weltgrößte Passagierschiff, die Queen Mary II.

Ebenso wie sich die Drehgeschwindigkeit eines Eiskunstläufers pirouettengerecht steigert, wenn er Arme und Beine anzieht, kann die Kontraktion des langsam rotierenden Sterninneren zur Entstehung eines Neutronensterns führen, der sich pro Sekunde einige hundert Mal um die eigene Achse dreht. Wichtig ist, dass ein Zusammenspiel von Drehung, Magnetfeld und umgebenden Elementarteilchen im allgemeinen dazu führt, dass ein Neutronenstern leuchtturmgleich zwei scharf gebündelte Strahlen von Radiowellen aussendet. Ist der Stern so orientiert, dass einer seiner Radiostrahlen die Erde überstreicht, so tritt ein Leuchtturm-Effekt ein, wie in der folgenden Animation zu sehen:

[© M. Kramer, University of Manchester. Da die Abbildung 220 kB groß ist, kann es je nach Internetverbindung zu einer Verzögerung kommen, bis das Bild geladen ist.]

Radioastronomen erscheint der Neutronenstern als Pulsar, als ein Objekt, das hochgradig regelmäßige Radiopulse aussendet.

Neutronensterne sind aufgrund ihrer Kompaktheit ideale kosmische Laboratorien zur Übeprüfung der allgemeinen Relativitätstheorie. Der indirekte Nachweis von Gravitationswellen anhand eines Doppel-Neutronensterns wurde bereits im Kapitel Gravitationswellen erwähnt. Auch die Einzelheiten der relativistischen Beeinflussung von Lichtsignalen lassen sich an geeigneten Neutronensternsystemen mit hoher Genauigkeit studieren.

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