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StartseiteForschung aktuellMehr als ausgebrannte Sternleichen19.05.2015

NeutronensterneMehr als ausgebrannte Sternleichen

Neutronensterne gehören zu den bizarrsten Gebilden im Universum. Nun sollen sie dabei helfen, Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie auf den Prüfstand zu stellen. Diese Idee kursiert zumindest derzeit in Fachkreisen. Schon seit Jahrzehnten versuchen Physiker, die Eigenschaften der Neutronensterne genauestens zu vermessen.

Von Frank Grotelüschen

Weiterführende Information

LISA und die Gravitationswellen
(Deutschlandfunk, Sternzeit, 16.08.2013)

Neutronenstern unter der Beschleuniger-Lupe
(Deutschlandfunk, Forschung aktuell, 15.08.2013)

Ihre Dichte: einfach nur gewaltig. Ein Teelöffel voll würde eine Milliarde Tonnen auf die Waage bringen. Denn anders als gewöhnliche Materie bestehen Neutronensterne nicht aus Atomen, sondern sind komprimierte Klumpen aus Neutronen, also aus Kernteilchen.

"Man kann sich das von der Masse her ungefähr vorstellen wie unsere Sonne auf die Größe von zehn Kilometern im Radius zusammengepresst. In die Größe von Bremen könnte das reinpassen, so ein Neutronenstern."

Kein Wunder also, dass Experten wie Norman Gürlebeck, Physiker am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation in Bremen, von den massiven Zwergen fasziniert sind.

"Zum Teil wissen wir einfach nicht, was der Zustand der Materie ist. Das ist das Spannende an Neutronensternen."

Vor zwei Jahren stieg der Faszinationspegel sogar noch. Damals stieß Kent Yagi, ein junger Physiker der Montana State University in den USA, bei seinen Berechnungen auf einen verblüffenden Umstand.

"Wir haben entdeckt, dass die Eigenschaften eines Neutronensterns auf unerwartete Weise zusammenhängen. So hängt die Geschwindigkeit, mit der ein Neutronenstern rotiert, mit seiner Gestalt zusammen, also wie stark er deformiert ist."

Was zwar einleuchtend klingt, für Neutronensterne mit ihrer gewaltigen Dichte aber überhaupt nicht klar war. Das Besondere: Die neu entdeckten Zusammenhänge scheinen universell zu sein, scheinen für sämtliche Typen von Neutronensternen zu gelten - für größere ebenso wie für kleinere, für schnell drehende ebenso wie für langsame. Nur: Diese Eigenschaften, insbesondere Gestalt und Drehgeschwindigkeit, sind schwierig zu messen. Denn da Neutronensterne ausgebrannte Sternleichen sind, ist es nicht einfach, sie überhaupt zu beobachten, sagt Jan Steinhoff vom Albert-Einstein-Institut in Potsdam:

"Man kann bei einigen Neutronensternen Radiowellen feststellen, die wie bei einem Leuchtturm ausgesendet werden. Die hängen mit der Drehung vom Neutronenstern zusammen. Bei anderen Neutronensternen kann man das Leuchten der Oberfläche sehen."

Immer wieder neue Gravitationstheorien

Mit den heutigen Teleskopen allerdings lässt sich nicht genau genug hinschauen, um die festen Beziehungen der Neutronenstern-Eigenschaften präzise zu vermessen. Das bleibt künftigen Großgeräten vorbehalten, etwa den Radioteleskopen der nächsten Generation. Oder jenen Detektoren, die bald auf Gravitationswellen lauern werden, winzigen Dellen in der Raumzeit. Doch wenn das gelingt und man die unerwarteten Beziehungen zwischen den Neutronenstern-Eigenschaften präzise vermessen kann, ließen sich die fundamentalen Gesetze der Physik auf den Prüfstand stellen - allen voran Albert Einsteins Meisterwerk.

"Man könnte prüfen, ob die Allgemeine Relativitätstheorie stimmt oder nicht - insbesondere bei extrem starken Gravitationsfeldern."

"Wenn man genug Messdaten hat, könnte man gucken, ob die mit den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie übereinstimmen, oder mit denen einer anderen Gravitationstheorie", sagt Jan Steinhoff. Denn immer wieder versuchen Theoretiker, Einstein zu verbessern und neue Gravitationstheorien zu entwerfen. Diese gehen zum Beispiel von der Existenz neuer Naturkräfte aus und sollen Phänomene erklären, bei denen Einstein zu versagen droht - zum Beispiel die ominöse dunkle Materie, die gleich einem kosmischen Klebstoff die Galaxien zusammenhält. Und was, wenn künftige Neutronenstern-Messungen tatsächlich gegen das eherne Gesetz von Einsteins Allgemeiner Relativität verstoßen?

"Das wäre großartig."

Aber welche der vielen Konkurrenztheorien dann triumphieren könnte - Norman Gürlebeck zuckt mit den Schultern:

"Bis jetzt hat sich da meines Erachtens noch nichts herauskristallisiert. Ob überhaupt einer diese Vorschläge, die im Moment auf dem Markt sind, derjenige sein wird, der am Ende überlebt, das muss sich noch zeigen. Bis jetzt hat sich immer ergeben, dass die Relativitätstheorie doch besteht."

 

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