Quarksterne

•Entstehung

•Unterschiede zu Neutronensternen

•Kandidaten für Quarksterne

•Quarknovae

•Zukünftige Experimente

Entstehung•Kompakter Überrest einer Supernova, so dicht, dass Quarks „befreit“ werden (Deconfinement)

Entstehung

•„Infizierung“ eines Neutronensterns mit Quarkmaterie: Der Stern wird zu einem Quarkstern transformiert.

•Zeitskala: Einige Minuten

Bodmer-Witten-Hypothese

•Quarkmaterie, bestehend aus u-,d- und s- Quarks, könnte der stabile Grundzustand der Materie sein

Zustandsgleichung

Tolman-Oppenheimer-Volkoff Gleichung:

•Beschreibt das Gleichgewicht zwischen Gravitationskraft und Druckgradient

Masse-Radius Beziehung

•Aus p=0 erhält man den Sternradius

•Für nicht zu große Massen ergibt sich eine konstante Dichte

•Das bedeutet: M~R³

•Für Quarksterne gibt es keine minimale Masse

Quarkstern vs. Riedberg

•Eine Sonnenmasse konzentriert auf

10km

Unterschiede zu Neutronensternen

•„Crusted Quark Star“: Ein starkes elektrisches Feld (~1017 V/cm) an der Sternoberfläche kann eine Kruste aus gewöhnlicher Materie tragen (Masse ~10-5MSonne)

•Sehr ähnlich den Neutronensternen

•„Bare Quark Star“: Quarkstern, der keine Kruste akkretiert hat

•Zeigen keine Absorptions- oder Emissionslinien

Unterschiede bei Masse/Radius

•Bei Neutronensternen lautet die Masse-Radius Beziehung: M~R-3

•Aber: Die Natur bevorzugt Sterne mit

~1,4MSonne

•In diesem Bereich gibt es keinen großen Radien- Unterschied

Unterschiede bei der Rotationsfrequenz

•Kepler-Grenze: Die maximale Rotationsgeschwindigkeit ist bei Massenablösung am Äquator gegeben

•Da Quarksterne stabiler als Neutronensterne sind, können sie wesentlich schneller rotieren

•Kandidat: XTE J1739-285, 1122 Umdrehungen pro Sekunde

Unterschiede bei der Kühlung

•Quarksterne kühlen durch

Neutrinoemission schneller ab

•Kennt man das Sternalter, kann man

über die Temperatur Quarkstern-

Kandidaten identifizieren

Der Fall RX J185635-3754

•Entdeckung 1992 mit ROSAT

•Aus einer Entfernung von 200 Lj und einer Effektivtemperatur von 700000 Grad schließt man auf einen Radius von nur 4-8 km

•Ein heißer Quarkstern-Kandidat!

Der Fall RX J185635-3754

•Genauere Messungen korrigierten die Entfernung auf 450 Lj

•Außerdem wurde vermutlich ein besonders Strahlungsintensiver Hot Spot beobachtet

•Das führt zu einem korrigierten Radius von 18 km

Quarknovae

•Die Supernovae SN2006gy, SN2005gj und SN2005ap sind hundertmal leuchtkräftiger als typische Supernovae

•Quarknovae bieten dafür eine elegante und natürliche Erklärung, mittels eines Zwei-Explosionen Szenarios

Quarknovae•Zuerst kommt es zur bekannten Supernova-Explosion: Ein Stern kollabiert und wirft seine Hülle ab

•Der Übrigbleibende Neutronenstern erreicht eine so hohe dichte, dass es zum Quark-Deconfinement kommt

•Dieser Prozess läuft explosiv ab: Durch Baryon-Quark Umwandlung und den Verlust gravitativer Energie durch Kontraktion werden ~1053 erg abgestrahlt

Quarknovae•Die Energieabstrahlung erfolgt hauptsächlich in der Form von Photonen

•Hierdurch wird die zuvor abgeworfene Sternhülle zum strahlen gebracht und es kommt zu den beobachteten Leuchtkurven mit hoher, lange andauernder Leuchtkraft

Zukünftige Experimente•Das Alpha-Magnet- Spektrometer soll 2009 auf der ISS installiert werden und ist u.a. für die Suche nach Quarkmaterie-Nuggets optimiert

Zukünftige Experimente•„Lunar Soil Stranglet Search“: Untersucht Mondgestein auf Quarkmaterie

•Da der Mond weniger geologischen Verformungen ausgesetzt ist, sollte es leichter sein dort Quarkmaterie nachzuweisen

Literatur

•A.R. Bodmer, Phys. Rev. D 4 (1971) 1601•E. Witten, Phys. Rev. D 30 (1984) 272.•Markus Thoma, Gibt es Quarksterne?, Astronomie heute, 2006 •Jes Madsen, Physics and Astrophysics of Strange Quark Matter, 2008•Renxin Xu, Strange quark stars — A review, 2002•Denis Leahy and Rachid Ouyed, Supernova SN2006gy as a first ever Quark Nova?, 2008•http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt_q04.html#qs