In diesem Jahr gibt es aufgrund von Beobachtungen mit dem Röntgenteleskop Chandra und dem optischen Hubble-Space-Telescope erstmals empirische Hinweise auf kompakte Objekte, die aus noch dichterer Materie bestehen als Neutronensterne aber noch keine Schwarzen Löcher sind.
Autor: Tilman Kaiser
Es gibt inzwischen schon mehrere Veröfflichungen zu diesem Thema.
Diese kompakten Objekte könnten aus einer Ansammlung von Quarks bestehen, die auf der Erde nur in gebundener Form z.B. im Dreierpack in Protonen oder Neutronen auftreten. Auch wenn es derart stabile Teelöffel nicht gibt und der daraus entstehende Quarktee nicht geniessbar wäre, würden mehrere Milliarden Tonnen dieser Quarkmaterie auf einen solchen Teelöffel (gestrichen?) passen.
Theoretische Verhersagen von statischen Quarksternen wurden schon in den 70-ern gemacht. Rotierende Quarksterne sind erst in den späten 90-ern berechnet worden. In Neutronensternen liegt die Materie noch in baryonischer Form vor. Das bedeutet, dass die drei Quarks und ihre Austauschteilchen, die Gluonen, die für das „Zusammenkleben“ (Glue – Klebstoff) des Nukleons sorgen, noch in einem Nukleon zusammengefasst sind. Wie die starke Wechselwirkung zwischen den Quarks funktioniert, wird in der Quantenchromodynamik beschrieben.
Die Gluonen wirken als Kraftüberträger zwischen den Quarks, in dem sie die sogenannten „Farbladungen“ der Quarks ändern. Die Farbe ist einfach eine weitere abstrakte Eigenschaft von Quarks, was nebenbei zum Namen Quanten-Chromo-Dynamik beigetragen hat (In der Quanten-Elektro-Dynamik sind die Photonen die Austauschteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen).
Im Gegensatz zu den Farben, die wir mit den Augen wahrnehmen, gibt es in der Quantenchromodynamik nur 3 Farben und die korrespondierenden „Antifarben“ (per def.: Rot, Grün, Blau, Antirot, Antigrün, Antiblau). Quarks bzw. Antiquarks besitzen des weiteren -1/3 oder 2/3 einer Elektronen- bzw. Positronenladung. Die Quarks sind im Nukleon so vereint, dass dieses wiederum „farblos“ (rot + grün + blau ist per def. farblos) ist und ganzzahlige Elektronenladungen besitzt (Neutron: +2/3e -1/3e -1/3e = 0 , Proton: +2/3e +2/3e -1/3e = 1e).
Der Quarktheorie wurde 1964 unter anderem von dem theoretischen Physiker Murray Gell-Mann 1964 entwickelt. Unabhängig und gleichzeitig formulierte George Zweig eine ähnliche Theorie zur Erklärung des Nukleonenaufbaus.
Den Begriff „Quark“ entnahm Gell-Mann dem nicht ganz einfach zu lesenden Roman „Finnegans Wake“ von James Joyce und nicht der gleichnamigen Speise, die in den USA nicht verbreitet ist.
Die Energien bei der Entstehung der Quarkmaterie in Quarksternen muss so groß sein, dass es zu einer „Baryonen-Schmelze“ kommt. Nach dem hierbei entstehenden Quark-Gluon-Plasma wird auch in den großen Beschleuningeranlagen auf der Erde, wie zum Beispiel am Collider des Europäischen Kernforschungszentrum in Genf (CERN), gesucht. Ob die Astrophysiker oder die Teilchenphysiker diese Form der Materie zuerst nachweisen werden, ist derzeit noch offen. Dieses Beispiel zeigt auch wieder einmal deutlich, dass in der Astrophysik sowohl die makroskopische als auch die mikroskopische Physik eine wichtige Rolle spielt.
Literatur
- Emilio Segrè: „Die großen Physiker und ihre Entdeckungen“, Band 2, Piper Verlag GmbH (1981)
- J.W. Rohlf: „Modern Physics from alpha to Z“ Brookline, Massachusetts 1994
- Jeremy J. Drake (1), Herman L. Marshall (2), Stefan Dreizler (3), Peter E. Freeman (1), Antonella Fruscione (1), Michael Juda (1), Vinay Kashyap (1), Fabrizio Nicastro (1), Deron O. Pease (1), Bradford J. Wargelin (1), Klaus Werner (3) :“Is RXJ1856.5-3754 a Quark Star?“
(1) Smithsonian Astrophysical Observatory, MS-3, 60 Garden Street, Cambridge, MA 02138
(2) MIT Center for Space Research, Cambridge, MA 02139
(3) Institut für Astronomie und Astrophysik, Astronomie, Universität Tübingen, Sand 1, D-72076 Tübingen, Germany
Preprint B/02 to appear in: „The Astrophysical Journal“ 20.06.2002
- A&A 381, L21-L24 (2002) Marginally stable orbits around Maclaurin spheroids and low-mass quark stars, P. Amsterdamski (1) – T. Bulik (2) – D. Gondek-Rosinska (3,2) – W. Kluzniak (1,4)
(1) Institute of Astronomy, Zielona Góra University, ul. Lubuska 2, 65265 Zielona Góra, Poland
(2) Nicolaus Copernicus Astronomical Center, ul. Bartycka 18, 00716 Warszawa, Poland
(3) Département d’Astrophysique Relativiste et de Cosmologie UMR 8629 du CNRS, Observatoire de Paris, 92195 Meudon Cedex, France
(4) – NORDITA, 17 Blegdamsvej, 2100 Copenhagen, Denmark
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