Ein Neutronenstern besteht aus 2 Sonnenmassen, die zu einer Kugel von nur 12 Kilometern Durchmesser komprimiert sind. Seine Oberflächengravitation ist so enorm, dass es Atome und Moleküle zu rohen Kernen komprimiert und Elektronen in Protonen quetscht, die sie in Neutronen umwandeln. Angesichts solch immenser Drücke und Dichten könnte man annehmen, dass Neutronensterne eine nahezu vollkommen glatte Oberfläche haben. Aber Sie irren sich, denn wir wissen, dass Neutronensterne Berge haben können.
Wir wissen, dass Neutronensterne dank Pulsaren geologisch aktiv sind. Die starken Magnetfelder eines Neutronensterns können Radioenergiestrahlen erzeugen, die bei jeder Rotation den Himmel überstreichen. Wenn diese Strahlen in unsere Richtung ausgerichtet sind, können wir regelmäßige Funklichtimpulse sehen. Diese Impulse sind äußerst regelmäßig und verlangsamen sich mit der Zeit geringfügig, da der Neutronenstern Rotationsenergie verliert. Aber hin und wieder kommt es bei einem Pulsar zu „Störungen“ und es kommt zu einem kleinen Anstieg der Rotation. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Kruste des Sterns verschiebt und ein Sternbeben verursacht.
So wie die Erde und andere geologisch aktive Welten den Aufstieg und Fall von Bergen erleben, so erleben auch Neutronensterne den Aufstieg und Fall von Bergen. Die Verteilung und Größe dieser Berge hängt jedoch von der inneren Struktur von Neutronensternen ab, die wir noch nicht vollständig verstehen. Hier kommt eine neue Studie ins Spiel.
Die Autoren stellen zunächst fest, dass die Rotation eines Neutronensterns Gravitationswellen erzeugen würde, wenn ein Neutronenstern einen Berg oder eine andere Verformung aufweist, die nicht axialsymmetrisch ist. Wir können diese Gravitationswellen noch nicht nachweisen, zukünftige Gravitationswellenobservatorien könnten dies jedoch möglicherweise schaffen. Sie weisen weiter darauf hin, dass das Muster dieser Gravitationswellen durch die Verteilung und Größe dieser Gebirgszüge bestimmt wird. Um eine Vorstellung davon zu bekommen, was das sein könnte, betrachten die Autoren uns bekannte Welten wie Merkur und Enceladus. Ihre Arbeiten werden auf der veröffentlicht arXiv Preprint-Server.
Quecksilber zum Beispiel hat eine dünne Kruste über einem großen metallischen Kern und lappige Steilhänge. Sie werden wahrscheinlich durch Kompressionsspannung verursacht, wenn das Innere von Merkur abkühlt. Enceladus hingegen hat eine dünne Eiskruste über einer Meeresschicht und weist auf seinen Bergen ein „Tigerstreifen“-Muster auf. Andere Eismonde wie Europa weisen lineare Merkmale auf. Jede dieser Welten weist Gebirgsmerkmale auf, die durch die Interaktion zwischen Kruste und Innerem bestimmt werden. Die Frage ist also, ob sich die Kruste und das Innere eines Neutronensterns ähnlich verhalten.
Die Autoren fanden heraus, dass die von ihnen erzeugten Gravitationswellen eine Obergrenze für die Rotationsgeschwindigkeit von Neutronensternen festlegen könnten, wenn es eine großräumige Anisotropie in den Krustenmerkmalen eines Neutronensterns gibt, beispielsweise in den Steilhängen des Merkur. Während sich die Autoren auf diesen Effekt konzentrieren, weisen sie auch darauf hin, dass die Struktur von Neutronensternen vielfältig sein kann. Einige weisen möglicherweise Krustenmerkmale auf, die denen von Merkur ähneln, während andere möglicherweise ähnliche Merkmale wie Europa oder Enceladus aufweisen. Wenn das der Fall ist, werden Beobachtungen von Gravitationswellen, die von Neutronensternen erzeugt werden, eine entscheidende Rolle für das Verständnis ihrer Vielfalt spielen.
Mehr Informationen:
JA Morales et al., Anisotrope Neutronensternkruste, Berge des Sonnensystems und Gravitationswellen, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2309.04855