Kollabierte tote Sterne, sogenannte Neutronensterne, sind eine Billion Mal dichter als Blei und ihre Oberflächenmerkmale sind weitgehend unbekannt. Nukleartheoretiker haben die auf den Monden und Planeten unseres Sonnensystems wirksamen Gebirgsbildungsmechanismen erforscht. Einige dieser Mechanismen legen nahe, dass Neutronensterne wahrscheinlich Berge haben.
Neutronenstern-„Berge“ wären viel massereicher als alle anderen auf der Erde – so massiv, dass die Schwerkraft allein dieser Berge kleine Schwingungen oder Wellen im Gefüge von Raum und Zeit erzeugen könnte.
Berge oder nicht-achsensymmetrische Deformationen rotierender Neutronensterne strahlen effizient Gravitationswellen aus. In einer Studie veröffentlicht im Tagebuch Körperliche Untersuchung DKerntheoretiker der Indiana University betrachten Analogien zwischen Neutronensternbergen und Oberflächenmerkmalen von Körpern des Sonnensystems.
Sowohl Neutronensterne als auch bestimmte Monde wie der Jupitermond Europa oder der Saturnmond Enceladus haben dünne Krusten über tiefen Ozeanen, während Merkur eine dünne Kruste über einem großen metallischen Kern hat. Dünne Laken können auf universelle Weise knittern. Europa hat lineare Merkmale, Enceladus hat tigerartige Streifen und Merkur hat geschwungene, stufenartige Strukturen.
Neutronensterne mit Bergen könnten ähnliche Arten von Oberflächenmerkmalen aufweisen, die durch die Beobachtung kontinuierlicher Gravitationswellensignale entdeckt werden könnten. Der innerste Erdkern ist anisotrop mit einem richtungsabhängigen Schubmodul.
Wenn das Krustenmaterial von Neutronensternen außerdem anisotrop ist, entsteht eine bergartige Verformung, deren Höhe zunimmt, je schneller sich der Stern dreht. Ein solches Oberflächenmerkmal könnte den bei Neutronensternen beobachteten maximalen Spin und eine mögliche minimale Verformung radioemittierender Neutronensterne, sogenannte Millisekundenpulsare, erklären.
Das Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) sucht nun nach den Wellen, die diese Berge erzeugen würden. Diese Forschung wird die Suche nach Schwingungen in der Raumzeit leiten, die als kontinuierliche Gravitationswellen bekannt sind. Diese Wellen sind so schwach, dass sie nur mit sehr detaillierten und empfindlichen Suchvorgängen erkannt werden können, die sorgfältig auf vorhergesagte Frequenzen und andere Signaleigenschaften abgestimmt sind.
Die ersten Nachweise kontinuierlicher Gravitationswellen werden ein neues Fenster zum Universum öffnen und einzigartige Informationen über Neutronensterne liefern, die dichtesten Objekte außer Schwarzen Löchern. Diese Signale können auch empfindliche Tests der grundlegenden Naturgesetze ermöglichen.
Weitere Informationen:
JA Morales et al., Anisotrope Neutronensternkruste, Berge des Sonnensystems und Gravitationswellen, Körperliche Untersuchung D (2024). DOI: 10.1103/PhysRevD.110.044016. An arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2309.04855