Die Gravitationskraft beträgt das 100-Milliarden-fache der Erdanziehungskraft. Wie stark ist das furchterregende kosmische Objekt Magnetar?

Die Menschen erforschen die Geheimnisse des Universums und Astronomen haben bei ihren Forschungen in den letzten Jahren einen erstaunlichen Himmelskörper entdeckt – den Neutronenstern. Neutronensterne sind einer der erstaunlichsten Himmelskörper im Universum. Was sie so beängstigend macht, ist nicht ihre große Masse, sondern ihre erschreckende Dichte. Die Dichte und Masse von Neutronensternen erreichen ein für uns unvorstellbares Ausmaß. Wenn sich Menschen einem Neutronenstern nähern, werden sie mit beispiellosen Gefahren und Herausforderungen konfrontiert. Als nächstes werden wir über diesen furchterregenden Himmelskörper aus der Perspektive seiner Entstehung und Eigenschaften sprechen.

Was ist ein Neutronenstern?

Neutronensterne, Weiße Zwerge und Schwarze Löcher sind allesamt Produkte des Todes von Sternen. Das Leben und der Tod der Sterne enthüllen die Geheimnisse des Universums. Wenn die Kernfusionsreaktion eines Sterns endet, beginnt für den Stern das Ende seines Lebens. Der Tod eines Sterns ist jedoch kein einfaches Verschwinden, sondern die Geburt neuen Lebens. Wie ein Stern stirbt, hängt weitgehend von seiner Masse bei seiner Geburt ab. Sterne mit einer Masse, die mehr als achtmal so groß ist wie die unserer Sonne, erleben in der Endphase ihres Lebens eine atemberaubende Supernova-Explosion. Diese Explosion ist der letzte Glanz des Sterns und zugleich die Geburt neuen Lebens. Bei dieser Explosion entstand ein Quasar. Ein Quasar ist ein mächtiger Himmelskörper, der alle anderen Sterne seiner Galaxie zusammen überstrahlt. Wenn die Masse eines Sterns eine bestimmte Grenze erreicht – die Chandler-Grenze – ändert sich sein Schicksal. Diese Grenze bedeutet, dass der Hauptreihenstern während seiner Entwicklung zu einem Neutronenstern oder einem schwarzen Loch kollabiert.

Der Entstehungsprozess und die Eigenschaften von Neutronensternen haben schon immer große Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern auf sich gezogen. Sie sind sehr klein, aber extrem dicht und verfügen daher über ein starkes Gravitationsfeld. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass ein typischer Neutronenstern eine Masse zwischen dem 1,35- und 2,1-fachen der Sonnenmasse besitzt. Aus rein massebezogener Sicht ist die Masse eines Neutronensterns daher nicht sehr groß.

Die Dichte von Neutronensternen ist mit einer Masse von bis zu 100 Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter extrem hoch. Eine derart hohe Dichte macht das Gravitationsfeld des Neutronensterns extrem stark, sodass nicht einmal Photonen der Oberfläche des Neutronensterns entkommen können. Daher werden Neutronensterne auch „Schwarze Löcher“ genannt. Im Gegensatz zu Schwarzen Löchern sind Neutronensterne jedoch nicht wirklich „schwarz“, da ihre Oberflächen immer noch eine gewisse Strahlung wie Röntgen- und Gammastrahlen aussenden. Neutronensterne rotieren außerdem sehr schnell, Hunderte Male pro Sekunde. Diese Hochgeschwindigkeitsrotation erzeugt ein starkes Magnetfeld und macht Neutronensterne zu einer der stärksten Radioquellen im Universum.

Darüber hinaus ist auch die Oberflächentemperatur eines Neutronensterns sehr hoch und erreicht 10 Millionen Grad Celsius. Obwohl es im Universum nicht viele Neutronensterne gibt, sind sie für Wissenschaftler dennoch wichtige Objekte zur Erforschung der kosmischen Evolution und der Astrophysik.

▏Warum haben Neutronensterne eine so erstaunliche Dichte?

Wir wissen, dass Atome die kleinsten Einheiten sind, aus denen die allgemeine Materie besteht, und aus Atomkernen und Elektronen bestehen. Der Atomkern befindet sich im Zentrum des Atoms und ist viel kleiner als das Atom. Vergleicht man das Atom mit der Erde, hätte der Atomkern die Größe eines hohen Gebäudes. Doch trotz seiner geringen Größe enthält der Atomkern den größten Teil der Masse des Atoms. Der Grund für die erstaunliche Dichte der Neutronensternmaterie liegt darin, dass sie den gesamten Raum zwischen den Atomen komprimiert. Elektronen verschmelzen zu Protonen und verwandeln sich in Neutronen, wodurch die Atomkerne dicht an dicht gepackt werden. Ein Kubikzentimeter Neutronensternmaterie kann bis zu 2 Milliarden Tonnen wiegen, was dem 360 Millionenfachen der durchschnittlichen Dichte der Erde entspricht. Die Masse eines Neutronensterns von der Größe eines Sesamkorns kann sogar mit der von 100 Flugzeugträgern vergleichbar sein.

Wissenschaftler bezeichnen Neutronensterne manchmal als riesige Atomkerne, da ihre Dichte der eines Atomkerns entspricht. Ein Neutronenstern ist der dichteste Himmelskörper nach den Schwarzen Löchern. Obwohl es sich nur um einen kleinen Planeten mit einem Durchmesser von lediglich 10 bis 20 Kilometern handelt, beträgt die Schwerkraft auf seiner Oberfläche das 200- bis 300-Milliarden-Fache der Erdgravitation. Wenn ein 70 Kilogramm schwerer Mensch auf einem Neutronenstern landet, spürt er eine Schwerkraft, die hunderte Milliarden Mal stärker ist als auf der Erde, und verwandelt sich augenblicklich in einen Haufen Neutronen und wird Teil des Neutronensterns.

▏ Neutronensterngravitation

1. Der Schrecken der Oberflächengravitation

Die Dichte von Neutronensternen ist mit einer Masse von Hunderten Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter extrem hoch. Aufgrund der extrem hohen Dichte von Neutronensternen ist auch ihre Oberflächengravitation sehr stark. Wenn wir die Gravitationsstärke der Erde als 1 definieren, kann die Gravitationsstärke auf der Oberfläche eines Neutronensterns das 100-Milliarden-fache der Gravitationsstärke der Erde erreichen. Dies ist eine erstaunliche Zahl, die bedeutet, dass auf einem Neutronenstern jegliche Materie einer extremen Kompression ausgesetzt ist. Diese starke Schwerkraft verleiht Neutronensternen viele einzigartige Eigenschaften. Beispielsweise ist das Magnetfeld eines Neutronensterns extrem stark und erreicht das Billionenfache des Magnetfelds der Erde. Die Untersuchung der Schwerkraft auf der Oberfläche von Neutronensternen ist für die wissenschaftliche Gemeinschaft von großer Bedeutung.

Erstens hilft es uns, das Verhalten von Materie unter extremen physikalischen Bedingungen zu verstehen. Darüber hinaus liefern uns das starke Magnetfeld und die Rotationsgeschwindigkeit von Neutronensternen wertvolle Hinweise für die Untersuchung hochenergetischer Phänomene im Universum. Auf der Erde dauert ein Tag 24 Stunden, auf einem Neutronenstern jedoch nur 30 Sekunden. Da der Neutronenstern den größten Teil des Drehimpulses des ursprünglichen Sterns behält, sein Radius jedoch nur ein Hunderttausendstel des ursprünglichen Sterns beträgt, ist seine Rotationsgeschwindigkeit sehr erstaunlich. Bei einem Neutronenstern würden die Sterne schnell über den Himmel ziehen und helle Lichtstreifen hinterlassen. Der am schnellsten rotierende Neutronenstern, der bisher bekannt ist, ist PSRJ1748-2446ad. Dieser Neutronenstern mit einem Radius von nur 16 Kilometern kann sich 716 Mal pro Sekunde drehen, was einer Umdrehung alle 1,4 Millisekunden entspricht. Am Äquator kann seine Rotationsgeschwindigkeit 70.000 km/s erreichen.

Man geht davon aus, dass die Hochgeschwindigkeitsrotation von Neutronensternen mit Gammastrahlenausbrüchen im Universum zusammenhängt. Während die menschliche Forschung zu Neutronensternen immer intensiver wird. Zukünftige Weltraummissionen könnten fortschrittlichere Instrumente an Bord haben, um die Oberflächengravitation von Neutronensternen genauer zu messen. Darüber hinaus hoffen Wissenschaftler, durch die Untersuchung von Neutronensternen weitere Geheimnisse des Universums zu lüften, etwa die Entstehung Schwarzer Löcher und die Erzeugung von Gravitationswellen.

2. Die Gefahren eines sich der Erde nähernden Neutronensterns

Wenn sich ein Neutronenstern der Erde nähert, erreicht seine Oberflächentemperatur 10 Millionen Grad, was fast dem Hundertfachen der Temperatur im Zentrum der Sonne entspricht. Die Erdoberfläche wird versengt und in eine Szene verwandelt, die dem Fegefeuer ähnelt. Bei solch hohen Temperaturen würde jedes Lebewesen sofort sterben, selbst die anpassungsfähigsten. Sogar Steine ​​und Metalle lösen sich in Luft auf.

Darüber hinaus wird die starke Schwerkraft des Neutronensterns schwere Störungen im Erdinneren verursachen. Die Erdatmosphäre wird in kurzer Zeit zerstört. Die gesamte Erde scheint von einer riesigen Palme immer wieder zerdrückt und wieder zusammengesetzt zu werden. Dies würde Supervulkanausbrüche und Erdbeben auslösen und die Erdkruste würde durch die Schwerkraft auseinandergerissen. Solche geologischen Katastrophen werden die Erde in völliges Chaos und Zerstörung stürzen. Die Erde wird auseinandergerissen und fällt schließlich auf die Oberfläche eines Neutronensterns, wo sie zu dessen Mahlzeit wird. Wenn sich Menschen in der Nähe der Oberfläche eines Neutronensterns befinden, spüren sie eine viel stärkere Schwerkraft als auf der Erde. Sie werden von dieser unsichtbaren Riesenhand angezogen, wie ein an sich haftendes Objekt, das sich der Schwerkraft nicht entziehen kann. Selbst wenn man eine Rakete starten könnte, müsste diese mit 150.000 Kilometern pro Sekunde fliegen, um der Schwerkraft des Neutronensterns zu entkommen. Eine solche Geschwindigkeit ist mit dem aktuellen Stand der Technik jedoch kaum zu erreichen.

Generell wäre die Annäherung eines Neutronensterns an die Erde eine verheerende Katastrophe. Die Erde wird vollständig zerstört und wird zu einem Meteor oder Meteoriten im Universum. Dies ist auch einer der wichtigen Gründe, warum die Menschheit das Universum ernsthaft erforschen und sich mit der Kosmologie beschäftigen muss.

▏Die einzigartigen Eigenschaften von Neutronensternen und ihre Bedeutung für die Forschung

1. Extrem hohe Dichte

Wissenschaftler spekulieren, dass es im Inneren von Neutronensternen seltsame Materiezustände geben könnte, beispielsweise Supraflüssigkeiten und Supraleiter. Diese seltsamen Materiezustände könnten uns neue Türen in der Wissenschaft öffnen und uns die Möglichkeit geben, weitere Geheimnisse des Universums zu erforschen. Nicht nur die hohe Dichte von Neutronensternen überrascht die Wissenschaftler, auch ihre Oberflächengravitation ist extrem stark und kann sogar den Weg des Lichts verzerren. Aufgrund dieser starken Gravitationskraft sind Neutronensterne für die Erforschung der Gravitationstheorie und von Gravitationswellen wichtig.

2. Starkes Magnetfeld

Neutronensterne haben starke Magnetfelder, die Millionen Mal stärker sind als das Magnetfeld der Erde, daher der Name „Magnetstern“. Dieses starke Magnetfeld interagiert stark mit der umgebenden Materie und kann sogar die Erzeugung und Emission elektromagnetischer Strahlung beeinflussen. Aufgrund des enormen Magnetfelds von Neutronensternen wird uns die Untersuchung ihrer Eigenschaften dabei helfen, die elektromagnetischen Strahlungsphänomene und die Magnetohydrodynamik anderer Himmelskörper im Universum zu verstehen.

3. Schnelle Rotation

Neutronensterne haben extrem hohe Rotationsgeschwindigkeiten und ihre Rotationsperioden können von wenigen Millisekunden bis zu mehreren zehn Millisekunden variieren. Einige Neutronensterne können sich sogar mit einer Geschwindigkeit von mehreren Hundert Mal pro Sekunde drehen. Diese schnelle Rotation kann mit dem Entstehungsprozess zusammenhängen oder auf das Gleichgewicht zwischen Massentransfer, Rotationsverlust und Rotationsgewinn zurückzuführen sein. Für uns ist das Verständnis der Rotationseigenschaften von Neutronensternen von großer Bedeutung. Es kann uns dabei helfen, die Sternentwicklung und eine Reihe von durch Rotation verursachten Phänomenen, wie beispielsweise Pulsare, besser zu untersuchen.

4. Gravitationslinseneffekt

Das Gravitationsfeld eines Neutronensterns ist so stark, dass das Licht beim Vorbeiflug an ihm abgelenkt wird und ein linsenartiges Phänomen entsteht, das als Gravitationslinseneffekt bezeichnet wird. Wenn Licht von einem weit entfernten Stern in die Nähe eines Neutronensterns gelangt, wird das Licht durch das starke Gravitationsfeld des Neutronensterns abgelenkt, genau wie Licht, das durch eine Linse hindurchgeht. Dieses Phänomen wurde erstmals 1936 von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt. Allerdings wurde das Phänomen erst 1979 erstmals von Astronomen beobachtet. Der Gravitationslinseneffekt ermöglicht uns nicht nur die Beobachtung von Sternen, die sonst verdeckt wären, sondern hilft uns auch, die Struktur und Entwicklung des Universums zu verstehen. Durch Beobachtung des Gravitationslinseneffekts können wir Masse, Radius und Rotationsgeschwindigkeit des Neutronensterns berechnen.

Darüber hinaus kann uns der Gravitationslinseneffekt auch bei der Suche nach dunkler Materie und dunkler Energie im Universum helfen. Dunkle Materie und dunkle Energie gehören zu den mysteriösesten Substanzen im Universum und machen den größten Teil der Masse des Universums aus. Da sie jedoch keine elektromagnetische Strahlung aussenden oder absorbieren, können wir sie nicht direkt beobachten. Durch die Beobachtung des Gravitationslinseneffekts können wir jedoch indirekt die Verteilung und Eigenschaften von dunkler Materie und dunkler Energie verstehen. Der Gravitationslinseneffekt von Neutronensternen ist ein erstaunliches kosmisches Phänomen, das uns ein Fenster zum Verständnis des Universums öffnet. Durch die Untersuchung des Gravitationslinseneffekts können wir die Zusammensetzung und Entwicklung des Universums besser verstehen und weitere Geheimnisse des Universums aufdecken.

5. Gravitationswellenquellen

Neutronensterne geben Gravitationswellen ab, wenn sie rotieren oder mit anderen Himmelskörpern kollidieren und werden zu nachweisbaren Gravitationswellenquellen. Die Entdeckung von Gravitationswellen von Neutronensternen kann uns dabei helfen, die allgemeine Relativitätstheorie und die Gravitationswellentheorie zu überprüfen und uns weitere Hinweise zum Verständnis des Universums liefern.

Das extrem starke Gravitationsfeld von Neutronensternen führt dazu, dass ihre Bewegung und Wechselwirkungen im Universum Gravitationswellen erzeugen. Gravitationswellen sind Kräuselungen in der Raumzeit, die viele wichtige Informationen über das Universum preisgeben können, unter anderem über den Ursprung des Universums, die Bildung und Entwicklung von Galaxien usw. Erstens können Gravitationswellenquellen wie Neutronensterne Aufschluss über den Ursprung des Universums geben. Die Urknalltheorie geht davon aus, dass das Universum aus einem extrem heißen und dichten Zustand, einer sogenannten Singularität, entstanden ist. Als die Singularität explodierte, begann das Universum sich auszudehnen und während des Expansionsprozesses entstanden Himmelskörper wie Galaxien und Sterne. Gravitationswellenquellen von Neutronensternen können uns helfen, die Geschichte der Expansion des Universums und die Verteilung der Materie im Universum zu verstehen.

Zweitens können uns Gravitationswellenquellen von Neutronensternen dabei helfen, die Entstehung und Entwicklung von Galaxien zu untersuchen. Eine Galaxie ist ein riesiges System, das aus einer großen Anzahl von Sternen, Gas und Staub besteht. Gravitationswellenquellen wie Neutronensterne können Aufschluss über die Bewegung und Wechselwirkung von Sternen in Galaxien sowie über Verschmelzungen und die Entwicklung von Galaxien geben.

Schließlich können uns Gravitationswellenquellen von Neutronensternen auch dabei helfen, die Entwicklung von Sternen zu untersuchen. Das Leben eines Sterns kann in mehrere Stadien unterteilt werden, darunter das Hauptreihenstadium, das Stadium des Roten Riesen, das Stadium einer Supernova usw. Die Gravitationswellenquellen von Neutronensternen können Aufschluss über die Eigenschaften und die Entwicklung von Sternen in verschiedenen Stadien geben. Daher wird uns die Untersuchung von Gravitationswellenquellen wie Neutronensternen helfen, die Natur des Universums und unseren Platz darin besser zu verstehen. (Bild aus dem Internet)

Autor | Kiwi

Abschluss an der Lincoln University, Neuseeland, mit Schwerpunkt Finanzwesen. Er hat ein starkes Interesse an populärwissenschaftlichem Wissen und hat populärwissenschaftliche Artikel in vielen populärwissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht. Achten Sie auf Fakten und setzen Sie sich aktiv mit Spitzentechnologien auseinander.