Neutronenstern

Ein Neutronenstern ist der kompakte Endzustand eines massereichen Sterns, der in einer Supernova kollabierte. Nach dem Explosionsevent bleiben Materie extrem dicht gepackt als Kernrest übrig, dessen Struktur primär aus Neutronen besteht. Die Objekte haben typischerweise Durchmesser von etwa 20 Kilometern, erreichen Massen von rund 1,1 bis 2,3 Sonnenmassen und weisen Dichten bis nahe der Kernmaterie auf.

Die physikalischen Eigenschaften eines Neutronensterns sind außergewöhnlich. Die Oberflächen gravitative Feldstärke und der Druck sind extrem hoch, wodurch Neutronenkrustenschichten und möglicherweise exotische Phasen im Kern entstehen können. Magnetfelder reichen von 10^8 bis 10^15 Gauss. Viele Neutronensterne rotieren besonders schnell und erzeugen periodische Radiosignale; solche Objekte werden als Pulsare bezeichnet. In binären Systemen können sie durch Akkretion spinnen beschleunigt werden und sich zu Millisecond-Pulsaren entwickeln.

Aufbau und innere Struktur bestehen grob aus einer festen Kristallkruste aus Atomkernen und Elektronen, einem inneren Krustenzustand mit verschränkten Neutronen, sowie einem Kern aus dichter Materie, deren genaue Zusammensetzung (Nuklearer Matrix, Hyperonen oder möglicherweise Quarkmaterie) Gegenstand aktueller Forschung ist.

Beobachtungen erfolgen über verschiedene Kanäle: Radio- und X-ray-Pulsare liefern Rotations- und Oberflächeninformationen, während Gravitationswellenereignisse aus Verschmelzungen von Neutronensternen (etwa GW170817) neue Einsichten in dichte Materie ermöglichen. NICER und andere Missionen tragen zur Bestimmung von Radius und Masse bei, wodurch sich Aussagen zum Zustand der Materie bei supra-nuklearer Dichte ableiten lassen.

Neutronensterne spielen eine zentrale Rolle in der Astrophysik, etwa bei Tests der Allgemeinen Relativität, beim Verständnis von Nukleosyntheseprozessen in Kilonovae und als naturgegebene Laboratorien für extreme Materie.