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Quarkstern


Ein Quarkstern (engl. auch strange star, zu dt. „seltsamer Stern“) ist ein hypothetisches kompaktes Objekt, das als Produkt einer Supernova entstehen könnte. Im Quarkstern wäre die Materie so dicht gepackt, dass Neutronen ihre Identität verlieren und quasi-freie Quarks vorliegen würden. Die Bezeichnung (englisch strange star) rührt daher, dass diese Materie auch Strange-Quarks enthalten würde und damit der sogenannten seltsamen Materie zuzuordnen wäre.

Entstehung

Mit dem Verbrauch seines nuklearen Brennmaterials durch Kernfusion wird die Materie eines Sterns durch die Gravitation sehr stark zusammengepresst. Je nach Masse des Sterns entsteht dabei ein Weißer Zwerg, ein Neutronenstern, ein (hypothetischer) Quarkstern, ein (ebenfalls hypothetischer) Gravastern oder ein Schwarzes Loch, teilweise begleitet von einer Supernova oder Hypernova.

Für Neutronensterne gibt es eine Massen-Obergrenze, die Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze, deren Wert nach gegenwärtigen Abschätzungen zwischen 1,5 und 3 Sonnenmassen liegt.[1] Überschreitet ein Neutronenstern diese Grenze, kollabiert er und ein Schwarzes Loch entsteht. Je weiter sich ein Neutronenstern der Massenobergrenze nähert, desto größer wäre die vermutete Quark-Gluon-Plasma-Kugel in seinem Inneren.

Bislang gibt es keine Beobachtungen, die belegen, dass die theoretisch mögliche Verdichtung der Neutronenmaterie eines bestehenden Neutronensterns zu einem Quarkstern im Universum stattfindet. Möglicherweise haben aber viele Neutronensterne zumindest in ihrem Inneren ein solches Quark-Gluon-Plasma.

Beobachtung

Der Nachweis eines Quarksterns gilt als schwierig, da seine von Ferne beobachtbaren Eigenschaften denen eines Neutronensterns ähneln. Es wurden bis jetzt zwei Kandidaten für mögliche Quark-Sterne entdeckt, von denen einer bereits ausgeschieden ist:

RX J1856-3754 wurde 1992 vom Röntgensatelliten ROSAT entdeckt, aber erst 1996 war es wegen seiner Entfernung (zwischen 180 und 420 Lichtjahren) mit dem Hubble-Weltraumteleskop möglich, den Pulsar auch optisch abzulichten. Aufgrund der Gesamtabstrahlung wurde ein Durchmesser von nur 11 km berechnet, was selbst für einen Neutronenstern ein zu niedriger Wert ist[2]. Spätere Messungen ergaben aber, dass bei diesem Stern nur die Polarkappen strahlen. RX J1856-3754 hat also einen wesentlich größeren Durchmesser als 11 km und ist somit kein Kandidat mehr für einen Quarkstern[3].

Der Pulsar J0205+6449 im Supernovaüberrest 3C58 wird einer Supernova zugeordnet, die 1181 von japanischen und chinesischen Astronomen beobachtet wurde. Wegen seiner großen Distanz von etwa 10.000 Lichtjahren zur Erde konnte man seinen Durchmesser noch nicht berechnen, seine Leuchtkraft ist aber 16-fach geringer als die vergleichbar junger Pulsare. Dies könnte ein Indiz dafür sein, dass es sich um einen Quark-Stern handelt[4].

Nach theoretischen Modellen könnten sich Quarksterne in Röntgendoppelsternen geringer Masse bilden. In diesen wird von einem Begleiter Materie auf einen Neutronenstern transferiert. Demnach müsste ein Neutronenstern mit einer Masse von 1,4 Sonnenmassen noch 0,5 Sonnenmassen akkretieren, um sich in einen Quarkstern umzuwandeln. Als ein Kandidat dafür gilt 2S 0921-63. Allerdings sind die Massenbestimmungen in Röntgendoppelsternen immer mit großen Unsicherheiten behaftet, und eine Masse von 1,44 Sonnenmassen, die typisch für einen Neutronenstern ist, kann nicht ausgeschlossen werden.[5]

Siehe auch

Quellen

  1. I. Bombaci: The maximum mass of a neutron star. In: Astronomy and Astrophysics. 305, 1996, S. 871–877.
  2. Drake, J. J. et al.: Is RX J185635-375 a Quark Star?. The Astrophysical Journal, Volume 572, Ausgabe 2, 996–1001 (preprint )
  3. Braje, T. M. et al.: RX J1856–3754: Evidence for a Stiff Equation of State. Astrophysical Journal, Volume 580, 1043–1047 ([arxiv.org/abs/astro-ph/0208069])
  4. Slane, P. O. et al.: New Constraints on Neutron Star Cooling from Chandra Observations of 3C 58. The Astrophysical Journal, Volume 571, Ausgabe 1, L45–L49, 2002 (preprint )
  5. Chunhua Zhu, Guoliang Lv, Zhaojun Wang, Jinzhong Liu: Low-mass X-ray Binaries with Strange Quark Stars. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2013, arxiv:1303.2458v1 .

Weblinks


Kategorien: Hypothetisches astronomisches Objekt | Seltsame Materie | Sternklasse

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