Nach schwarzen Löchern sind Neutronensterne die dichtesten Objekte in unserem Universum. Wie ihr Name schon sagt, bestehen Neutronensterne zum größten Teil aus Neutronen. Über die Materie, die bei der Kollision zweier Neutronensterne entsteht, weiß man jedoch wenig. Wissenschaftler*innen an der Goethe-Universität Frankfurt und dem Asia Pacific Center für Theoretische Physik im südkoreanischen Pohang haben nun ein neues Modell entwickelt, das darüber neue Erkenntnisse liefern soll.
FRANKFURT. Wenn
einem massereichen Stern der Brennstoff ausgeht und dieser als Supernova
explodiert, kann ein extrem kompaktes Objekt, ein sogenannter Neutronenstern,
zurückbleiben. Neutronensterne sind außerordentlich dicht: Um die Dichte in
einem Neutronenstern zu erreichen, müsste man unsere Sonne auf den Durchmesser
einer Stadt wie Frankfurt zusammendrücken. Im Jahr 2017 konnten erstmals die
kleinen Krümmungen in der Raumzeit - sogenannte Gravitationswellen, die bei der
Kollision solch kompakter Sterne entstehen - auf der Erde gemessen werden. Die
Zusammensetzung des heißen und dichten Produkts dieser Kollisionen ist jedoch
noch nicht genau bekannt. Es wird vermutet, dass etwa Quarks, die sonst in
Neutronen gefangen sind, nach der Kollision in freier Form auftreten können.
Ein Forschungsteam um Dr. Christian Ecker vom Institut für Theoretische Physik
der Goethe-Universität Frankfurt und Dr. Matti Järvinen und Dr. Tuna Demircik
vom Asia Pacific Center für Theoretische Physik in Pohang, Südkorea, hat nun
ein neues Modell entwickelt um der Antwort auf diese Frage einen Schritt näher
zu kommen. Darin erweitern sie Modelle aus der Kernphysik, die bei hohen
Dichten ihre Aussagekraft verlieren, mit einer Methode aus der Stringtheorie,
die den Übergang zu dichter und heißer Quarkmaterie beschreiben kann. “In
unserer Methode verwenden wir einen mathematischen Zusammenhang aus der
Stringtheorie, nämlich die Korrespondenz zwischen fünfdimensionalen schwarzen
Löchern und stark wechselwirkender Materie, um den Phasenübergang zwischen
dichter Kern- und Quarkmaterie zu beschreiben", erklären Dr. Demircik und Dr.
Järvinen. "Wir haben das neue Modell bereits in Computersimulationen verwendet,
um damit das Gravitationswellensignal dieser Kollisionen zu berechnen und
gezeigt, dass dabei sowohl heiße also auch kalte Quarkmaterie entstehen kann",
erläutert Dr. Ecker, der diese Simulationen in Zusammenarbeit mit den
Doktoranden Samuel Tootle und Konrad Topolski aus dem Arbeitskreis von Prof.
Luciano Rezzolla an der Goethe-Universität Frankfurt umgesetzt hat. Als
nächstes hoffen die Forscher*innen ihre Simulationen mit zukünftig gemessen
Gravitationswellen aus dem Weltall vergleichen zu können, um somit weitere
Erkenntnisse über Quarkmaterie in Neutronensternkollisionen zu gewinnen.
Publikation: https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.12.041012
Bild zum Download: https://www.uni-frankfurt.de/126758402
Bildtext: Illustration der neuen Methode, die fünfdimensionale schwarze
Löcher (rechts) zur Berechnung des Phasendiagramms stark wechselwirkender
Materie (Mitte) verwendet und damit Simulation für Neutronensterne und deren
Gravitationswellen ermöglicht (links).
Weitere Informationen
Dr.
Christian Ecker
Institut für Theoretische Physik
Goethe-Universität
069/798-47886
ecker@itp.uni-frankfurt.de
https://tinygu.de/1mxBS
Redaktion: Dr. Phyllis Mania, Referentin für
Wissenschaftskommunikation, Büro PR & Kommunikation,
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