Binäre Neutronensterne: Umkreisen und Verschmelzung

Binäre Neutronensterne: Umkreisen und Verschmelzung

Binäre Neutronenstern-Verschmelzung (mit Magnetfeldern)

Dieser Film zeigt die Endstadien der Verschmelzung zweier Neutronensterne. Neutronensterne sind dichte Objekte, die bei bestimmten Supernova-Explosionen entstehen. Sie konzentrieren sich etwa 1,5 Sonnenmassen auf einen Radius von weniger als 20 km. Außerdem können sie extreme Magnetfelder haben. Die Verschmelzung zweier Neutronensterne gilt als Quelle der häufig beobachteten so genannten kurzen Gammastrahlenausbrüche und ist auch die wahrscheinlichste Quelle für die Entstehung schwerer Elemente im Universum, wie zum Beispiel Gold.

In dem Film stellen die weißen Oberflächen die Oberflächen der beiden Neutronensterne und des verschmolzenen Objekts dar. Letzteres kollabiert nach einer Weile zu einem Schwarzen Loch, das zur besseren Sichtbarkeit gelb dargestellt ist. Danach erzeugen verschiedene Verstärkungseffekte starke Magnetfelder in der Nähe des Schwarzen Lochs, die als transparente Farben dargestellt sind. Das Magnetfeld spielt wahrscheinlich eine Schlüsselrolle bei der Gammastrahlenemission, aber der genaue Mechanismus wird immer noch erforscht, insbesondere mit Hilfe von Computersimulationen, wie sie diesem Film zugrunde liegen.

Dieser Film basiert auf Simulationen, die in T. Kawamura, B. Giacomazzo, W. Kastaun, R. Ciolfi, A. Endrizzi, L. Baiotti, and R. Perna, “Binary neutron star mergers and short gamma-ray bursts: Effects of magnetic field orientation, equation of state, and mass ratio”, Phys. Rev. D 94, 064012 (2016) beschrieben werden.

Hinweis: Die Veröffentlichung von Filmen und Bildern bedarf der schriftlichen Einwilligung und erfolgt nur unter Nennung der Rechteinhaber. Bitte kontaktieren Sie zwecks Einholung der Genehmigung.

Danksagung:
Diese Ergebnisse wurden mit Unterstützung der folgenden Förderungen erzielt: PRACE grant GRSimStar (PI Giacomazzo), MIUR FIR grant No. RBFR13QJYF (PI Giacomazzo)

Bildrechte:
Visualisierung: W. Kastaun (University of Trento und Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik)
Numerisch-relativistische Simulation: T. Kawamura, B. Giacomazzo, W. Kastaun, R. Ciolf und A. Endrizzi (University of Trento)

Verschmelzung zweier Neutronensterne (mit Magnetfeldern)

Dieses Diagramm zeigt die Struktur des Magnetfeldes 35 ms nach der Verschmelzung zweier magnetisierter Neutronensterne (NS) und etwa 27 ms nach dem Kollaps des hypermassiven Verschmelzungsüberrests zu einem Schwarzen Loch (BH). Man kann sehen, dass eine geordnete Struktur entstanden ist, mit einem toroidalen Feld in der Trümmerscheibe, die das BH umgibt (als blaue Fläche dargestellt und aufgeschnitten). Noch wichtiger ist, dass um die Achse des BH ein wirbelndes Feld mit einer Feldstärke von über 1013 Gauß entsteht. Im Inneren finden wir einen Trichter mit geringer Massendichte (gelb). Dies ist eines der vorgeschlagenen Szenarien, das schließlich zur Bildung eines kurzen Gammastrahlenausbruchs führen könnte, obwohl es auf der kurzen Zeitskala dieser Simulation keinen Ausbruch gab. Das anfängliche BNS-Modell besteht aus zwei 1,51 Sonnenmassen-Neutronensternen mit dipolaren Magnetfeldern um 1012 Gauß, die einer vereinfachten Gamma-Gesetz-Zustandsgleichung folgen.

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