Am 3. Juni 2025 äußert Tim Dietrich, Professor für Theoretische Astrophysik an der Universität Potsdam, den Wunsch, Neutronensterne mit einem Raumschiff zu besuchen. Diese extrem dichten, kompakten Objekte entstehen bei den Supernova-Explosionen massereicher Sterne und leuchten dabei kurzzeitig so hell wie eine ganze Galaxie. Ihre Dichte ist atemberaubend: Ein Teelöffel Material aus einem Neutronenstern kann bis zu eine Milliarde Tonnen wiegen. Ein Großteil dieser faszinierenden Himmelskörper befindet sich in Doppelsternsystemen. Sie verlieren Energie, bis sie schließlich kollidieren und dabei unglaubliche Energiemengen freisetzen. Der erste beobachtete Zusammenstoß von Neutronensternen fand am 17. August 2017 statt, als sowohl Gravitationswellen als auch Lichtsignale registriert wurden, die einen Meilenstein in der modernen Astronomie markierten. Hierbei handelte es sich um das Ereignis GW170817, das außerhalb unserer Milchstraße stattfand und das Lichtsignal einer Neutronensternkollision in der Galaxie NGC 4993 entdeckte.
Während solcher Kollisionen entstehen neue Elemente – darunter auch schwere Elemente wie Gold und Platin. Diese Vorgänge sind komplex und faszinierend; sie zielen auf die Entstehung von Gammastrahlen, wie sie während des Zusammenstoßes zu beobachten waren. Bei der Kollision von 2017 registrierten astronomische Detektoren, wie die LIGO-Detektoren in Hanford (Washington) und Livingston (Louisiana), eine signifikante Menge an Gravitationswellen. Diese wurden über einen Zeitraum von etwa 100 Sekunden erfasst. Ergänzt wurde die Messung durch den Virgo-Detektor, der die Lokalisierung des Signals präzisierte. Nur 1,7 Sekunden später entdeckten die Satelliten des Gamma-ray Burst Monitors (GBM) an Bord des Fermi-Satelliten den begleitenden Gammastrahlenblitz.
Entdeckungen und Theorien um Neutronensternkollisionen
Die Entdeckung des GW170817 markiert den Beginn der Multi-Messenger-Astronomie. Diese neuartige Methode kombiniert verschiedene Signale zur besseren Verständnis des Universums. Die gleichzeitige Messung von Gravitationswellen und Lichtsignalen lieferte einen wichtigen Beweis für Einsteins Relativitätstheorie. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Koinzidenz von Gravitationswellen und Gammastrahlen zufällig erfolgt, wird mit 1 zu 200 Millionen angegeben. Das Ereignis bestätigt die Theorie, dass Neutronenstern-Verschmelzungen die Hauptquelle für schwerer Elemente, insbesondere r-Prozess-Elemente, sind.
Die Entdeckung von Gravitationswellen ist jedoch nur die Spitze des Eisbergs. Forschungen des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik zeigen, dass die Mechanismen hinter der Erzeugung von Magnetfeldern in verschmelzenden Neutronensternen durch Computersimulationen erklärt werden können. Diese Simulationen offenbaren, dass Neutronensterne, die nur etwa 20 Kilometer im Durchmesser sind, in der Lage sind, starke Magnetfelder zu erzeugen. Diese magnetohydrodynamischen Vorgänge zeigen, dass zwei Mechanismen zur Verstärkung des Magnetfelds beitragen: die Kelvin-Helmholtz-Instabilität und die magnetische Rotationsinstabilität, welche wie ein Dynamo wirken.
Etwa 60 Millisekunden nach der Verschmelzung wird ein Jet über die Pole des entstehenden Magnetars ausgestoßen, der für die Erzeugung von Kilonova-Strahlung verantwortlich ist. Diese beeindruckenden Phänomene zeigen, dass Neutronenstern-Kollisionen nicht nur spektakuläre Gravitationswellen und Lichtsignale erzeugen, sondern auch eine Vielzahl von Elementen und Magnetfeldern – alles Aspekte, die die Astrophysik weiterhin faszinieren und ihnen neuen Raum für Entdeckungen bieten.
Für die Zukunft bleibt die Idee, mit einem Raumschiff zu solchen Ereignissen in anderen Galaxien zu reisen, mehr als nur ein Traum. Das Konzept eines Warp-Antriebs, das theoretisch Überlichtgeschwindigkeit ermöglichen könnte, basiert auf den Physikalischen Formeln der Allgemeinen Relativitätstheorie. Doch bis wir solche Reisen antreten können, bleibt die Kollision zwischen Neutronensternen ein faszinierendes und komplexes Thema für die Astronomie.
