Das Rätsel superstarker Magnetfelder lösen

Die Dimensionen einer Supernova-Sternenexplosion sind nur schwer vorstellbar, und noch schwieriger zu begreifen ist das Konzept eines Neutronensterns, der nach der Explosion entsteht. Wenn ein massereicher Stern kollabiert, kann der Sternkern von etwa einer Sonnenmasse zu einer Kugel mit einem Radius von nur rund zehn Kilometern komprimiert werden. Das Gravitationsfeld dieses sterbenden Sterns erreicht dabei die hundertmilliardenfache Stärke des Schwerefeldes der Erde. In solch extremen Objekten erreicht das während des Kollapses erzeugte Magnetfeld eine Intensität, die mehr als das hundertmillionenfache des Erdmagnetfeldes und eine Milliarde Mal stärker ist als bei medizinischen Magnetresonanztomographen. Wegen solcher Magnetfelder können Neutronensterne überhaupt als Pulsare beobachtet werden. 

„Obwohl wir Neutronensterne seit 50 Jahren beobachten und studieren, verstehen wir die Magnetfeldkonfiguration im Inneren der Sterne noch immer nicht vollständig“, sagt Prof. Dr. Sebastiano Bernuzzi von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Dr. Brynmor Haskell von der Universität Warschau möchte der Physiker das ändern. Die beiden Forscher starten jetzt das Projekt „MERLIN“, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Narodowe Centrum Nauki (NCN) im Rahmen der Weave-Initiative der EU gefördert wird.

Expertise aus Jena und Warschau bündeln  

Im neuen Forschungsprojekt soll die Expertise von Haskells Gruppe in der Astrophysik von Pulsaren mit der Expertise der Jenaer Gruppe von Prof. Bernuzzi auf dem Gebiet der numerischen Simulation von Neutronensternen gebündelt werden. Erforscht werden soll beispielsweise, ob es eine Gleichgewichtskonfiguration für das Magnetfeld im Inneren eines Neutronensterns gibt. Wie wird ein solches Gleichgewicht erreicht? Schon jetzt werden die von Neutronensternen ausgesandten elektromagnetischen Wellen von Teleskopen im Radio- und Röntgenbereich routinemäßig aufgefangen, was es ermöglicht, die Masse und den Radius der Sterne zu messen. „Wir werden die theoretischen Grundlagen für künftige Beobachtungen schaffen, indem wir die Magnetfelddynamik im Inneren von Neutronen­sternen und die Rolle von Turbulenzen bei ihrer Entwicklung untersuchen“, sagt Sebastiano Bernuzzi. Dabei werde Einsteins allgemeine Relativitätstheorie angewandt, um die Entwick­lung der superstarken Magnetfelder zu modellieren und genaue astrophysikalische Modelle zu erstellen. In naher Zukunft, so Bernuzzi, können isolierte Neutronensterne auch über Gravitationswellen beobachtet werden. Diese sogenannte Gravitationswellenpulsare werden Informationen übermitteln, die zu den elektromagnetischen Wellen komplementär sind.   

Das MERLIN-Projekt „The Magnetic Field Dynamics in Neutron Stars“ wird 2024 begonnen und ist auf drei Jahre befristet. Die finanzielle Förderung beträgt etwa eine halbe Million Euro.