Phänomene im All

Neutronensterne

Neutronensterne zählen zu den bizarrsten Himmelskörpern im Universum . Anfang 1930 gelang den Physikern auf der Erde ein Durchbruch, als sie Neutronen entdeckten. Diese winzigen subatomaren Partikel sind Bestandteile von Atomkernen. Diese Entdeckung warf die Frage auf, ob man ein nur aus Neutronen bestehendes Atom herstellen könnte, das keine elektrische Ladung und eine extrem hohe Dichte besäße. Dies wäre allerdings ein sehr schwieriges Unterfangen, da Neutronen außerhalb von Atomen in andere Partikel zerfallen. 1933 fanden der deutsche Astronom Walter Baade und sein Schweizer Kollege Fritz Zwicky heraus, dass ein Stern unter enormem Druck zu einer Kugel aus superdichten Neutronen kollabieren könnte. Solch ein Ereignis könnte allerdings nur innerhalb der gewaltigen Explosion einer Supernova stattfinden.

Sterne erzeugen Energie, indem sie Atome miteinander verschmelzen. In Riesensternen entsteht dabei eine Vielzahl chemischer Elemente, unter anderem Eisen. Da Eisen kaum mit anderen Elementen fusioniert, lagert es sich im Kern des Sterns ab, ähnlich wie Asche in einer Feuerstelle. Die Schwerkraft zieht das Eisen ins Innere und setzt es unter Druck. Je größer die Eisenmenge wird, desto stärker wird der Druck der Schwerkraft auf die Eisenkugel im Zentrum des Sterns, bis ihre Masse mindestens das 1,4 fache der Sonnenmasse beträgt.

Extreme Schwerkraft

An diesem Punkt wird der Schwerkraftdruck so groß, dass die Atome sich miteinander verbinden. Die Elektronen, die den Atomkern umgeben, werden dabei ins Innere gedrückt. Hier verbinden sie sich mit den Protonen und werden zu Neutronen, die sich mit anderen Neutronen im Kern vermischen. Am Ende dieses Prozesses ist aus dem Eisenkern des Sterns eine feste Masse aus Neutronen geworden – ein Neutronenstern ist geboren. Der Eisenkern kollabiert nun so rasch, dass er den ganzen Stern mit sich reißt. Durch den Aufprall des Gases auf der Oberfläche des neu entstandenen Neutronensterns beginnt der Prozess, der zur Supernova führt. In den 1930er Jahren wurde die theoretische Erforschung der Neutronensterne intensiv betrieben, doch das Interesse ließ nach, als man erkannte, dass Neutronensterne mit einem Durchmesser von etwa zehn Kilometern vergleichsweise winzig wären, Sie gäben kaum Licht ab und wären mit den Instrumenten jener Zeit nicht zu entdecken gewesen.

Dies änderte sich, als Astronomen der Universität von Cambridge, England, 1967 eine neu entwickelte Art Radioteleskop benutzten, das Interferometer. Zu ihrem Erstaunen entdeckten sie im All ein regelmäßiges Pulsieren. Sie hielten es zuerst für ein Signal einer fremden Zivilisation und glaubten, sie hätten den Erstkontakt zu Außerirdischen hergestellt. Bald erkannten sie jedoch, dass sie die elektrischen Impulse eines kreisenden Neutronensterns aufgefangen hatten. Sie nannten sie Pulsare. Nun hatten die Astronomen endlich die Möglichkeit, diese stellaren Phänomene zu erforschen.

Nahaufnahme

Auch im 24. Jahrhundert werden Neutronensterne noch intensiv studiert. Dank der Starfleet stehen den Wissenschaftlern nun weitaus bessere Forschungsmethoden zur Verfügung als ihren Vorgängern. Sie können sogar selbst zu Neutronensternen reisen, um sie zu untersuchen. Bei Sternzeit 43125,8 ist Dr. Paul Stubbs an Bord der Enterprise auf dem Weg in den Kavis Alpha Sektor, um die Eruption eines Neutronensterns in einem binären Sternensystem zu untersuchen. Solche Systeme nennt man Röntgenstrahl Binäre. Sie entstehen, wenn einer der Sterne am Ende seiner Lebenszeit so stark anschwillt, dass ihm das Gravitationsfeld des anderen Sterns Gas umkreist den Neutronenstern und fällt so schnell, dass es sich auf über eine Milliarde Kelvin erhitzt und Röntgenstrahlung abgibt. Das auftretende Gas wird an die Oberfläche des Neutronensterns gepresst. Wenn sich dort eine gewisse Menge Gas aufgetürmt hat, entzündet es sich in dem starken Gravitationsfeld des Neutronensterns in einem kurzen, aber intensiven Stoß nuklearer Fusion. Diese Eruptionen treten oft sehr regelmäßig auf, da die Materie in einem stetigen Fluss von einem Stern zum anderen gelangt. Der Stern im Kavis Alpha Sektor kommt alle 196 Jahre zum Ausbruch. Stubbs vergleicht ihn mit dem Geysir „Old Faithful“ auf der Erde. Er hat sich 20 Jahre lang auf die nächste Eruption vorbereitet und will den Zerfall des Neutroniums untersuchen, der Neutronenmasse, die durch die Eruption ins All geschleudert wird.

Sternengucker

Die Enterprise wird vorübergehend durch Naniten, eine mikroskopische neue Lebensform, lahm gelegt, aber zum Zeitpunkt der Eruption ist sie wieder einsatzbereit, und Dr. Stubbs kann seine Untersuchung problemlos durchführen.

Grundlagen

Neutronen sind wichtige Bausteine der Atome. Das Herz des Atoms bildet der Atomkern oder Nukleus, der Protonen und Neutronen enthält. Die Protonen sind positiv geladen und bestimmen die chemische Identität des Atoms, zum Beispiel Wasserstoff, Sauerstoff oder Eisen. Die Neutronen wirken wie ein Bindemittel, das den Kern zusammenhält. Obwohl die Masse des Kerns den Großteil der Atommasse ausmacht, ist er im Vergleich zum ganzen Atom winzig. Den Kern umgibt ein weiterer wichtiger Bestandteil des Atoms: eine Wolke aus Elektronen.

Zerstörerische Explosionen

Wenn zwei Neutronensterne im Orbit umeinander gefangen werden, bewegen sie sich unaufhaltsam aufeinander zu und kollidieren schließlich. Dabei wird so viel Energie freigesetzt, dass Gammastrahlung entsteht. Diese explosiven Strahlen zerstören die Atmosphäre der umliegenden Planeten und töten die meisten, wenn nicht alle Lebewesen auf diesen Welten. Wissenschaftler glauben, dass eins oder mehrere der fünf Massensterben in der Geschichte der Erde durch Gammastrahlenverseuchung ausgelöst wurde.

Galaxisfakten

Ø      Neutronium ist so dicht, dass ein Fingerhut vol auf der Erde 100 Millionen Tonnen wiegen würde.

Ø      Wird ein Neutronenstern größer als etwa das Dreifache der Sonnenmasse, kollabiert er in das seltsamste aller Raumphänomene – ein Schwarzes Loch.