Neutronensterne, Pulsare, Magnetare

Was gefällt dir an Volkers Erklärung nicht, dass die Kernbausteine deutlich mehr "aushalten" als sich der Alltagsmensch vorstellen kann? Das trifft auf so viel da draußen zu ... und Volker ist noch dazu "vom Fach".

Hallo,

Solange mir nichts schlüssigeres unterkommt, bezweifle ich trotzdem mal das irgendetwas solche Temperaturen aushalten könnte, das heisst - entweder stimmen die angenommenen Temperaturen nicht oder in einem Neutronenstern geht noch viel mehr vor sich als wir atm zu wissen glauben.

Fangen wir mal weiter vorne an.
Um Elektronen vom Atomkern zu trennen, also um einen Stoff zu ionisieren, ist eine gewisse Energiemenge noetig. Z.B. fuer Wasserstoff pro Atom eine Energie von 13.6 eV. Das heisst, das ab ~30,000 Grad die Atome anfangen ihre Elektronen zu verlieren. Dann ist aber immer noch der Atomkern vorhanden. Der besteht dann aus Protonen und Neutronen. Diesen Teilchen kann man wiederum eine Energie zuordnen, bei der sie zerstoert bzw. erzeugt werden. Diese Energie liegt bei 938 MeV fuer ein Proton, 940 MeV fuer ein Neutron. Das heisst, um diese Teilchen zu zerstoeren, muss ein Strahlungsfeld vorhanden sein, indem genuegend Photonen mit einer Energie von >> 1 GeV exisitieren. Diese Energie (1 GeV) entspricht ungefaehr einer Temperatur von 2 Billionen Grad.

Wie bei vielen Dingen in der Physik, ist auch dies wieder mal eine vereinfachte Darstellung, denn wir haben es im Neutronenstern nicht mit einem Gas oder einfachem Plasma zu tun, sondern mit 'entarteten Neutronen', man koennte also auch sagen, dass der Temperaturbegriff in diesem Zusammenhang keinen Sinn ergibt. Die "Temperatur" die fuer das innere von Neutronensternen angegeben wird ist wohl eher als Energiedichte zu verstehen.

Gruss,
Volker

Danke Volker, ich fand das schon mal erhellend. Das heißt, mein Vergleich hier zur Temperatur im Innern von Planeten oder Sternen ist eigentlich nicht zulässig, weil der Temperaturbegriff in "entarteten Neutronen" nicht mehr greift?

Selbstzitat:

- In der Erde entstammt der Großteil der Wärmeenergie dem radioaktiven Zerfall von Isotopen. In einingen Milliarden Jahren wird das Erdinnere deshalb deutlich kühler sein, der Druck aber identisch.

- Bei der Sonne hängt die Temperatur (mit steigender Tiefe) von der Nähe zum fusionsaktiven Kern zusammen, von wo die Strahlung ständig das umgebende Plasma beheizt. (einfach beschrieben von einem Nichtphysiker)

- Bei Neutronensternen: Keine Ahnung, warum die so heiß sind. Durch ihre extrem schnelle Rotation und auftretende Reibungskräfte? Oder spielen da irgendwelche Kernprozesse eine Rolle - immerhin ist ja ein Neutronenstern eine Art riesiger Atomkern, wo eher Kernkräfte walten. Da müsste ein Kernphysiker ran...

Kurze Antwort: Der Begriff Plasmaphysik wurde nicht von ungefähr definiert - de facto weichen die Auswirkungen physikalischer Gesetze (nicht aber die Gesetze selbst, soweit sie noch anwendbar sind) bei Plasma teilweise signifikant von den Erfahrungswerten ab, welche man mit den drei anderen, 'klassischen' Aggregatzuständen gesammelt hat. Das Physikbuch muss also nicht neu geschrieben werden, aber es bekommt einige zusätzliche Kapitel, und ein paar Ergänzungen in bereits bestehenden...

-ZiLi-

Danke Volker, die Erläuterung ist besser. Ich versuche es immer zu vermeiden, einfach so alles zu glauben was geschrieben steht, zumal ich die wenigsten aus dem Forum hier kenne. Deshalb möge man mir verzeihen, wenn ich hin und wieder skeptisch bin.

Aber da du ja eine schlüssige Erklärung geliefert hast nehm ich an das es korrekt ist.

Im Fernsehen haben sie gesagt, die Elektronen würden in die Atomkerne stürzen und damit aus den Protonen Neutronen werden. Diese Aussage ist dann wohl unzutreffend?

Hallo,

Kurze Antwort: Der Begriff Plasmaphysik wurde nicht von ungefähr definiert

Im Grunde ist das Innere eines Neutronensterns (oder eines weissen Zwerges) kein Plasma im herkoemmlichen Sinne. Ein Plasma ist ja ein zum Teil oder vollstaendig ionisiertes Gas, wobei sich die Plasmateilchen allerdings noch frei bewegen koennen. Von 'entarteter Materie', also z.B. entartete Elektronen oder Neutronen, spricht man, wenn die Teilchen so dicht gepackt werden, dass die Quantenmechanik  eine hoehere Dichte ausschliesst (z.B. weil nicht zwei Fermionen den gleichen Quantenzustand besetzen koennen). Ich glaube nicht, dass die Gesetze fuer ein Plasma hier anwendbar sind (obwohl man in dem Fall von entarteter Materie von einem Fermi-Gas spricht).
Wie auch fuer einen weissen Zwerg, der kollabiert wenn die Masse 1.4 Sonnenmassen ueberschreitet (Chandrasekhar Grenze), kollabiert auch ein Neutronenstern bei einer gewissen Masse (Tolman–Oppenheimer–Volkof Grenze), wenn die Gravitationskraft staerker ist als der sich aus der Quantenmechanik ergebende Druck.

Ich seh' schon, das ist nicht so eingaengig erklaert, aber es wird immer haarig wenn man in die Tiefen der Physik absteigt.

Gruss,
Volker

Hallo,

Im Fernsehen haben sie gesagt, die Elektronen würden in die Atomkerne stürzen und damit aus den Protonen Neutronen werden. Diese Aussage ist dann wohl unzutreffend?

Das ist schon richtig. Die Fermi-Energie der Elektronen wird beim Kollapss des Ursprungsterns so gross, dass es energetisch 'guenstiger' ist, mit den Protonen zu verschmelzen. Das ist im Grunde ein umgekehrter Beta-Zerfall, bzw. ein Elektronen-Einfang der Protonen. Im Ursprungsstern hat man ja ungefaehr gleich viele Elektronen und Protonen (i.e. Wasserstoff) und wenig Neutronen.
Also: das Fernsehen hat natuerlich immer recht.

Gruss,
Volker

Wurde diese Art von Materie eigentlich schonmal experimentel nachgewiesen? Oder lässt sich das durch äußeren Druck garnicht simulieren?

Ich denke Energie (für einzelne Teilchen) ist hier der bessere Begriff. Da muss man zu den Teilchenbeschleunigern schauen. Dort bekommen einzelne Teilchen so hohe Energien zu spüren, dass sich  Protonen und Neutronen zerlegen.

Ich dachte halt eher ans Gegenteil, nicht Protonen und Neutronen zerlegen, sondern normale Materie solchem Druck aussetzen, dass sich quasi diese "Neutronenmasse" bildet, natürlich im kleinen Rahmen.
Nur kommt bei einem Neutronenstern, wenn ich das richtig verstanden habe, der Druck ja von innen, durch die Gravitation. Experimentel kann man das ja höchstens durch äußeren Druck versuchen, nur ob das überhaupt möglich ist?

Wurde diese Art von Materie eigentlich schonmal experimentel nachgewiesen?

Entartete Materie kann man im Labor herstellen. Z.B. wenn man Elektronen auf eine Temperatur nah dem absoluten Nullpunkt (also -273 Grad Celsius) abkuehlt, dann ensteht ein entartetes Elektronen"gas", ein sogenanntes Bose-Einstein Kondensat, in dem alle Quantenzustaende besetzt sind. Das ist experimentell zum ersten mal 2003 gelungen.
Das ist nun natuerlich ganz etwas anderes als ein Neutronenstern, aber der Aggregatzustand 'entartete Materie' ist der gleiche.

Gruss,
Volker

Fast, Volker - bei Protonen geht das wunderbar, bei Elektronen leider nicht - da sie Fermionen sind

Fast, Volker - bei Protonen geht das wunderbar, bei Elektronen leider nicht - da sie Fermionen sind

Na, das geht auch mit Fermionen. In diesem Fall bilden die Fermionen (also z.B. Elektronen) in der Naehe des absoluten Nullpunktes Cooper-Paare. Und diese Cooper-Paare verhalten sich dann wie ein Bose-Einstein Kondensat. Das hat man an der University of Boulder gemacht, ein Fermionen-Kondensat aus Cooper-Paaren (OK, nicht aus Elektronen, sondern aus Potassium-40 Atomen, aber Fermion ist Fermion): Regal et al. 2004 Phys. Rev. Lett. 92.
Oder mal hier schauen:
http://physicsworld.com/cws/article/news/18915

Gruss,
Volker

Aha... danke, das wusste ich noch nicht!

Aber das experimentele "zusammenfügen" von Elektronen und Protonen, so das sich Neutronen ergeben, ist noch nicht gelungen?

Aber das experimentele "zusammenfügen" von Elektronen und Protonen, so das sich Neutronen ergeben, ist noch nicht gelungen?

Nein, das schafft man im Labor nicht.

Gruss,
Volker

Alles klar, danke

Die Geschichte mit dem Bose-Einstein-Kondensat habe ich mir schonmal bei Wikipedia durchgelesen, aber da fehlt es mir dann doch etwas an Fachverständnis, befürchte ich

Die Diskussionsbeirtäge zur an sich interessanten Entdeckung überraschend energiereicher Strahlung des Pulsars im Krebsnebel, die sich hier aber vor allem um wilde Spekulationen drehten, wurden in den Thread Alternative Theorien verschoben.

Schade, dass sich hier anscheinend immer mehr Leute für unwissenschaftliche Spekulationen interessieren, statt für spannende astronomische und astrophysikalische Fragestellungen und Entdeckungen. 

Hallo zusammen,

Mit einer neuen Analysemethode entdecken Forscher des Max-Planck-Instituts den Millisekunden-Gammapulsar PSR J1311-3430
Mit Unterstützung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie ist es den Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) in Hannover gelungen, einen Millisekundenpulsar durch seine gepulste Gammastrahlung zu entdecken.
Die Wissenschaftler haben Daten, die der Satelliten Fermi in einen Zeitraum von vier Jahren gesammelt hatte, mit dem Computercluster Atlas am AEI analysiert.
Im Jahr 1994 hatten die Forscher im Sternbild Zentaur eine Quelle mit intensiver Gammastrahlung entdeckt. Sie hatten durch das Signal einen Pulsar vermutet. Erst jetzt konnte das Team um Holger Pletsch vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik den Millisekunden-Gammapulsar PSR J1311-3430 erkennen. PSR J1311-3430 dreht sich etwa  390-mal in der Sekunde um die eigene Achse und sendet dabei strahlförmig Gammaphotonen aus.
Durch das Gammasignal konnten die Wissenschaftler den Begleiter des Pulsars erforschen. Sie vermuten, dass der Begleiter klein und ungewöhnlich dicht ist. Er könnte über mindestens die achfache Masse von Jupiter verfügen, er hat nur maximal 60 Prozent des Radius und besteht vermutlich aus Helium. Dieser übriggebliebene Sternkern wird von der Strahlung des Pulsar PSR J1311-3430 sehr stark erhitzt und PSR J1311-3430  wird seinen Begleiter in der Zukunft vollständig verdampft haben.
Die Astronomen bezeichnen diese Pulsare als Schwarze Witwe, nach einer Spinnenart,bei der das Weibchen nach der Paarung das kleinere Männchen verspeist.
 
Der Pulsar stellt gleich mehrere Rekorde auf. Die Umrundung um den gemeinsamen Schwerpunkt in einer fast kreisförmigen Bahn in nur 93 Minuten ist die kürzeste, bis jetzt bekannte Bahnperiode aller Pulsar in Doppelsternsystemen. Mit nur 1,4 fache Erde-Mond-Entfernung ist es der engste Abstand mit einen Pulsar. 
Die Geschwindigkeit beträgt in der Kreisbahn 13.000 Kilometern pro Stunde. Der leichtere Begleiter ist schneller und erreicht 2,8 Millionen Kilometer in der Stunde.
Mit der neuen Analysemethode haben die Forscher vom AEI 30 Jahre nach der ersten Entdeckung eines Millisekundenpulsars im Radiobereich einen neuen Schritt zur Entdeckung der schwer auffindbaren Himmelskörper getan.
 Die Schematische Darstellung zeigt das Pulsarsystem PSR J1311-3430, mit dem leuchtturmähnlichen magentafarbenen Gammastrahlenkegel.

Details

   
Credit:SDO/AIA (Sonne), AEI

Mit dem Large Area Telescope des Satelliten Fermi konnte der Pulsar J1311-3430 erfasst werden. Die Farbskala von blau über rot nach gelb stellt die Intensität der empfangenen Gammastrahlen da.

Details

Credit:NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration/AEI
 
http://www.aei.mpg.de/english/contemporaryIssues/akt_news/gammapulsar-info/index.html

http://www.mpg.de/6595823/

Mit den besten Grüßen
Gertrud

"Schwarze Witwe bittet zum Tanz im Gammalicht" der Titel passt schon, den das MPIfR seiner PR-Meldung gegeben hat...
Dieses Objekt ist schon faszinierend

Hallo zusammen,

Der Vela Pulsar, ein Neutronenstern
der neueste Film mit den Daten von dem Chandra X-ray Observatory bietet einen tiefen Einblick in einen sich schnell bewegenden Jet durch einen schnell rotierenden Neustronenstern.Er gibt neue Einblicke in die Natur von der dichtesten Materie im Universum.
Der Vela Pulsar ist etwa 1.000 Lichtjahre von der Erde entfernt,und verfügt über einen Durchmesser von 19 km. Er macht eine vollständige Umdrehung in 89 Millisekunden.Die Chandra-Daten für den Film wurden in der Zeit von Juni bis September 2010 gesammelt.Die Daten deuten darauf hin, das der Vela Pulsar bei der Drehung zu einem langsamen Wackeln oder  Präzession neigt. Die Periode der Präzession ähnelt dem langsamen wackeln eines Kreisels und sie wird auf etwa 120 Tage geschätzt.


New Chandra Movie Features Neutron Star Action WWW.GOODNEWS.WS


Vela Pulsar Jet, Chandra X-ray Movie of

http://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/vela_pulsar.html

Mit den besten Grüßen
Gertrud

Es gibt Neues aus dem Tiefen des Alls zu Bericht - es scheint einen Umschaltprozess bei Pulsaren zu geben, bei denen zwischen Radio- und Röntgenemission hin- und hergeschaltet wird.

Mehr dazu gibt es hier zu lesen: http://www.raumfahrer.net/news/astronomie/30012013195034.shtml

Grüße
Olli

Wie sieht ein Pulsar bei höchster Auflösung im Radiobereich aus? Nicht so wie erwartet

http://www.raumfahrer.net/news/astronomie/03042013204729.shtml

Du erwähnst in Deinem Artikel, dass man einzelne Pulsare nicht wie erwartet als Beugungsscheibchen zu sehen bekam, sondern hin und wieder als quasi punktförmiges Objekt. Sind das dann Glückstreffer, wie sie bei optischer Fotografie von kosmischen Objekten ja auch auftritt und zeitweilig sogar genutzt wurde (Lucky Imaging), bis man Ausgleichssysteme entwickelte?

Dann könnte sich das Interstellare Medium ja ähnlich verhalten wie unsere Atmosphäre.