Stellarer Paradiesvogel aus freien Quarks

Astronomen spürten bizarren Stern auf, der aus sogenannten "Strange Quarks" bestehen könnte

Einen superschweren Stern mit einem Durchmesser von nur 11 Kilometern hat ein amerikanisch-deutsches Astronomenteam mithilfe des Röntgenteleskops CHANDRA entdeckt. Der sehr kleine Himmelskörper besteht vermutlich aus freien Quarks, den Bausteinen von Atomkernen, die zumindest in unseren kosmischen "Längen- und Breitengraden" außerhalb von Atomkernen nicht vorkommen. Ein Teelöffel des Quark-Sternenmaterials würde auf unserem Planeten eine Milliarde Tonnen wiegen - mehr als alle Autos, Lastwagen und Busse der Erde zusammen. Allerdings könnte sich hinter dem bizarren Gebilde theoretisch auch ein extrem kompakter Neutronenstern verstecken.

RX J1856.5-3754 Bild

Atome - das waren für die beiden Denker Leukippos aus Milet (um 450 - 370 v. Chr.) und Demokrit (um 460 - 370 v. Chr.) kleine, unsichtbare, allerdings ewige und unzerstörbare Teilchen, die sich jeweils durch ihre Form, Gestalt und Größe voneinander unterschieden. Alle Atome (griechische Wort "atomos" bedeutet übersetzt "das Unteilbare") seien aus dem gleichen "Stoff" gemacht (sprich Protonen, Neutronen und Elektronen) und können sich untereinander verbinden. "Alle anderen Dinge existieren nur, weil sie aus Atomen zusammengesetzt sind."

Doch so fortschrittlich dieser bereits vor knapp 2500 Jahren "erdachte" Theorieansatz auch war - mit dem heutigen Atom-Modell korrespondiert er in einem entscheidenden Punkt allerdings nicht. Atome sind - und dies ist seit 1932 eine Binsenwahrheit, als sich zeigte, dass der Atomkern aus Protonen und Neutronen zusammengesetzt ist und unter enormer Energiegewinnung gespalten oder fusioniert werden kann, eben doch teilbar. Bereits 1964 erfolgte der nächste Paradigmenwechsel, als die Physiker Murray Gell-Mann und George Zweig ein Theorie-Modell entwickelten, demzufolge Neutronen und Protonen sogar das Produkt noch kleinerer Bausteine seien: den mittlerweile legendären Quarks, die sich inzwischen experimentell durch Beobachtung verschiedener Elementarteilchen in großen Elektron-Positron-Speicherringen nachweisen lassen.

Dem aktuellen Forschungsstand nach existieren offensichtlich sechs Quarks und sechs Antiquarks: Protonen und Neutronen setzen sich aus jeweils drei Quarks - zwei Quarks und einem Antiquark - zusammen. Vor nicht allzu langer Zeit differenzierten die Forscher nur zwischen drei Quarks: up-, down- und strange-quarks, bis dann das Modell später mit charm- und bottom-quarks und dem sechsten, aus Symmetriegründen geforderten top-quark erweitert wurde.

Freie Quarks wurden bislang nicht beobachtet

Gänzlich neu ist hingegen ist die Erkenntnis, dass im Universum offensichtlich auch Sterne in majestätischer Schönheit erstrahlen, die samt und sonders aus Quarks bestehen. Mithilfe von CHANDRA, dem bislang so erfolgreich operierenden Röntgenobservatorium, das seit 1999 im Orbit treibt, ist es jetzt einem amerikanisch-deutschen Astronomen-Team unter der Leitung von Dr. Jeremy Drake vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge (Mass./USA) gelungen, den Stern mit dem Katalognamen RX J1856.3-3754 zu beobachten, dessen "zu kleiner" Durchmesser den Schluss nahe legt, dass die Materie in seinem Inneren noch dichter konzentriert ist als die Atomkernmaterie, die wir von der Erde her kennen.

Portrait-Gallerie von Supernovae - Bilder

Auch Dr. Stefan Dreizler vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität Tübingen, der zusammen mit seinem Instituts-Kollegen Prof. Klaus Werner Mitglied des Team war, hält es für möglich, dass dieser Stern aus freien Quarks besteht: den sogenannten "Strange Quarks", eine Sorte Materie, die auf der Erde natürlicherweise nicht vorkommt.

Die bisherigen Beobachtungen und ausgewerteten CHANDRA-Daten, die zusätzlich mit Hubble-Teleskop-Daten kombiniert wurden, sprechen nach Ansicht der Astronomen eher für einen Quark- als für einen Neutronenstern. Zum einen deshalb, weil RX J1856.3-3754 wie ein Festkörper mit einer Temperatur von 700.000 Grad strahlt, also mehr als 100 mal heißer als unsere Sonne zu sein scheint, zum anderen deswegen, da das kompakte Gebilde gerade mal einen Durchmesser nur ungefähr 11 Kilometer aufweist, was schlichtweg zu wenig ist, um dem Standardmodell eines Neutronensterns zu entsprechen, der aus der bisher extremsten bekannten Form von Materie im Kosmos existiert. "Ein Neutronenstern hat einen heißen Fleck, und wir messen nicht die Größe des gesamten Sterns, sondern nur die des Flecks", verdeutlicht Dr. Dreizler.

RX J1856.3-3754 nur ein Neutronenstern?

Bekanntlich unterscheiden sich Neutronensterne von ihren stellaren Kollegen durch eine außergewöhnliche hohe Dichte. Derlei astrale Gebilde stellen das Endstadium der Entwicklung massereicher Sterne dar. Der etwa zwei Sonnenmassen schwere Eisenkern eines solchen massereichen Sterns kollabiert unter seinem eigenem Gewicht zu einem Neutronenstern mit nur etwa 20 Kilometern Durchmesser. Der überwiegende Teil der Sternhülle wird in Form einer Supernova-Explosion vom Stern fortgeschleudert.

Derweil rätseln die Forscher darüber, welchem stellaren oder nicht-stellaren Vorgang ein Quarkstern sein Dasein verdankt. Es bleibt völlig unklar, ob ein Quarkstern während einer Supernova-Explosion entsteht oder erst später ein Neutronenstern einen sogenannten Phasenübergang zu einem Quarkstern vollzieht. Kein Wunder also, dass sich die Forscher auch weiterhin in Vorsicht üben, könnten doch die Beobachtungen von RX J1856.3-3754 auch mit einem normalen Neutronenstern und einem heißen Fleck auf seiner Oberfläche erklärt werden.

Bislang galt RX J185635-3754 als der der Erde am nahegelegenste Neutronenstern. Er liegt "zurzeit" rund 200 Lichtjahre entfernt und rast mit einer Geschwindigkeit von 389.000 Kilometern pro Stunde durchs All. Dabei soll er die Erde in rund 300.000 Jahren in einer Entfernung von etwa 170 Lichtjahren passieren.

Wie dem auch sei - ob solche stellaren Paradiesvögel tatsächlich existieren, wird die Zukunft zeigen. "Die jetzigen Chandra-Daten sind für uns ausgewertet. Da dafür schon sechs Tage Beobachtungszeit notwendig waren, sehe ich mit Chandra erst mal kein Weiterkommen", erklärt Dr. Stefan Dreizler. "Doch das europäische Gegenstück XMM-Newton ist deutlich empfindlicher und kann eine genauere Zeitmessung liefern".

Die Daten seien erst vor kurzem aufgenommen worden und befänden sich nunmehr beim Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garchingen. Da werde sich dann zeigen, was zu machen ist, so der Tübinger Astronom. Zumindest ist sich Dreizler sicher, dass dieses Ergebnis einen Boom von Beobachtungen auslösen werde. "Wir werden versuchen, mit guten Beobachtungsideen vorne dabei zu sein".

Über diese Entdeckung wird in dem Fachjournal "Astrophysical Journal" (Erscheinungstermin) am 20.6.2002 ein ausführlicher Report folgen

http://www.heise.de/tp/artikel/12/12394/1.html