Führend Forscher haben ihre Berechnungen darüber geteilt, wie die Phasensignatur zweier verschmelzender Neutronensterne in einer Gravitationswelle aussehen würde. Die Messung der Gravitationswellen zweier verschmelzender Neutronensterne bietet die Möglichkeit, zugrunde liegende Fragen zur Struktur der Materie zu beantworten.
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Wissenschaftler glauben, dass eine solche Fusion extrem hohe Temperaturen und Dichten erzeugen würde, die einen Phasenübergang bewirken, bei dem sich Neutronen in ihren Bestandteilen auflösen : Quarks und Gluonen sind wahrscheinlich. Die auf einem solchen Ereignis basierenden Berechnungen wurden von Forschungsgruppen aus den Forschungsgruppen aus Frankfurt, Darmstadt und Ohio Goethe-Universität / FIAS / GSI / Kent-Universität sowie aus Darmstadt und Breslau GSI / Wroclaw University und in der jüngsten Ausgabe der Physical Review Letters veröffentlicht.
Quarks gehen solo
Quarks werden in der Natur niemals alleine beobachtet. Die Grundbausteine der Materie sind jedoch immer fest in den Protonen und Neutronen gebunden. Neutronensterne mit Masse so viel wie die Sonne, aber eine physische Größe, die so klein ist wie eine Stadt wie Frankfurt, hat einen Kern, der so dicht ist, dass ein Übergang von Neutronenmaterie zu Quarkmaterie auftreten kann.
Von den Physikern als Phasenübergang bekannt, ist das Ereignis hauptsächlich möglich, wenn verschmelzende Neutronensterne zusammenkommen und Objekte mit Dichten bilden, die über denen von Atomkernen liegen und deren Temperatur 10.000-mal höher ist als im Sonnenkern.
Abweichung in Wellen signalisiert größere Dinge
Die Forscher schlagen vor, dass die Messung von Gravitationswellen, die durch die Verschmelzung von Neutronensternen emittiert werden, als Botenstoff für mögliche Phasenübergänge im Weltraum dienen könnte. Die verwendeten Forschungsgruppen Supercomputer um zu berechnen, wie diese Signatur aussehen könnte.
"Mit Hilfe der Einstein-Gleichungen konnten wir erstmals zeigen, dass diese subtile Änderung der Struktur zu einer Abweichung des Gravitationswellensignals führt, bis der neu gebildete massive Neutronenstern unter seinem eigenen Gewicht zusammenbricht und sich bildetein schwarzes Loch, " erklärt Luciano Rezzolla, Professor für theoretische Astrophysik an der Goethe-Universität.
Physiker warten auf bessere Technik
Dr. Andreas Bauswein vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt stellte fest, dass in ihren Computermodellen bereits unmittelbar nach der Fusion ein Phasenübergang stattfindet - ein Kern aus Quarkmaterie bildet sich im Inneren des zentralen Objekts.
"Es ist uns gelungen zu zeigen, dass sich in diesem Fall die Frequenz des Gravitationswellensignals deutlich verschiebt" sagt Bauswein.
"So haben wir ein messbares Kriterium für einen Phasenübergang in Gravitationswellen von Neutronensternfusionen in der Zukunft identifiziert." Nicht alle Gravitationswellensignale sind mit der aktuellen Technologie messbar.
Es wird jedoch erwartet, dass sie mit der Verbesserung der Technologie sichtbar werden. Zusätzliche Experimente wurden entwickelt, um andere Fragen zur Quarkmaterie zu beantworten. Eine davon beinhaltet die Kollision von Schwerionen beim bestehenden HADES-Setup bei GSI und beim zukünftigen CBM-Detektor in der Einrichtung für Antiprotonen- und Ionenforschung FAIR.