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Wie kann ein Teelöffel Sternenmaterie schwerer sein als die gesamte Menschheit? - Die extreme Physik der Neutronensterne | Fakten zum Einschlafen - Das Universum · Fakten zum Einschlafen – Das Universum

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Willkommen bei Fakten zum Einschlafen. Das Universum.
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Ein Teelöffel Materie, der mehr wiegt als alle
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Menschen auf der Erde zusammen. Neutronensterne
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gehören zu den extremsten Objekten im Universum.
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Sie entstehen, wenn massereiche Sterne am Ende
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ihres Lebens in einer gewaltigen Supernova explodieren
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und ihr Kern unter der eigenen Schwerkraft fast
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vollständig kollabiert. Übrig bleibt eine Kugel
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von etwa 20 Kilometern Durchmesser, die mehr
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Masse enthält als unsere Sonne. In dieser Folge
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betrachten wir, was diese beispiellose Verdichtung
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mit der Materie anstellt, die Elektronen und
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Protonen zu Neutronen verschmelzen und welche
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fremdartigen Zustände wie supraleitende Strömungen
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oder hypothetische Quarkmaterie im Inneren lauern
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könnten. Dabei sind Neutronensterne nicht nur
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passive Überreste, sondern aktive Teilnehmer
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an kosmischen Ereignissen von enormer Gewalt.
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Als Pulsare senden sie regelmäßige Strahlungssignale
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aus, die als präzise kosmische Uhren dienen,
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während Magnetare die stärksten bekannten Magnetfelder
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im Universum aufweisen. Besonders faszinierend
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ist ihre Rolle als kosmische Gießereien. Wenn
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zwei Neutronensterne kollidieren, schmieden sie
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bei diesem Verschmelzungsprozess Gold, Platin
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und Uran. Die Atome in unserer eigenen Umgebung
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bis hin zum Schmuck, den wir tragen, sind buchstäblich
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die Trümmer dieser fernen Katastrophen. Bei der
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Arbeit an dieser Episode kehrte ich immer wieder
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zu einer grundlegenden Frage zurück, was passiert
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mit unserer vertrauten Welt, wenn die Physik
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an ihre absoluten Grenzen getrieben wird. Neutronensterne
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sind natürliche Labore für Bedingungen, die wir
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niemals auf der Erde nachbilden können. Sie erinnern
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uns daran, wie viel von unserem Alltag aus den
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gewaltsamsten Prozessen des Kosmos hervorgegangen
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ist. Ich lade Sie ein, sich diese Dimensionen
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einmal in Ruhe vorzustellen. Bedenke, du trägst
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in diesem Augenblick Atome an dir, die in Kollisionen
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geschmiedet wurden, so gewaltig, dass sie kurzzeitig
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ganze Galaxien überstrahlten. Kollisionen zwischen
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Objekten, die so dicht sind, dass ein Teelöffel
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ihrer Substanz mehr wiegt als alle Menschen auf
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der Erde zusammen. Der Neutronenstern ist nicht
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bloß eine weitere Kuriosität in der kosmischen
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Ménagerie, Er ist unter anderem der Ort, an dem
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dein goldener Ehering geboren wurde, an dem das
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Uran in deinem Reaktorbrennstoff heranreifte
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und an dem die Materie selbst sich verwandelt
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in etwas, das wir noch immer nicht vollständig
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beschreiben können. Es gibt einen Ort im Universum,
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an dem ein Teelöffel Materie mehr wiegt als alle
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Menschen auf der Erde zusammen. Könnte man irgendwie
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einen Löffel voll Material von der Oberfläche
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eines Neutronensterns heben, hielte man etwas
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in der Hand, das mit dem Gewicht von rund einer
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Milliarde Tonnen auf die Waage drückt. Das ist
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das Gewicht von etwa 150 Millionen Elefanten.
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Das ist mehr Masse, als in allen sechs Milliarden
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von uns steckt, zusammengepresst in etwas, womit
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man seinen Tee umrühren könnte. Das ist nicht
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das Außergewöhnlichste an Neutronensternen. Es
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ist lediglich das Erste, das sie für uns begreifbar
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macht. Um zu verstehen, wie ein solches Objekt
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entsteht, müssen wir mit dem Tod eines Masseheichen
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-Sterns beginnen. Nicht irgendeines Sterns, sondern
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eines, der sein Leben mit mindestens dem 8 -
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bis 10 -fachen der Masse unserer Sonne begann.
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Das sind die Schwergewichte des Kosmos. Wenn
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ihr Brennstoff schließlich aufgebraucht ist,
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Wenn der Ofen in ihrem Kern nicht länger gegen
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das erdrückende Gewicht der eigenen Masse nach
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außen drücken kann, stürzen die äußeren Schichten
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mit einem erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit
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nach innen. Dann prallen sie zurück in einer
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Explosion, die jeden anderen Stern ihrer Galaxie
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zusammen überstrahlen kann. In wenigen Sekunden
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wird mehr Energie freigesetzt, als unsere Sonne
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während ihrer gesamten Lebensdauer abstrahlen
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wird. Das Licht einer solchen Explosion kann
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eine ganze Galaxie durchqueren, sichtbar für
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jede Zivilisation, die aus hunderttausend Lichtjahren
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Entfernung zuschaut. Und dann, in der Stille
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danach, in den abkühlenden Trümmern und dem verblassenden
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Nachglühen, bleibt etwas zurück, das beinahe
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unmöglich klein ist. Ein Objekt von vielleicht
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20 Kilometern Durchmesser. Klein genug, dass
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man es in einer halben Stunde umrunden könnte,
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wenn man den Versuch überleben würde. Und doch
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enthält dieses Objekt mehr Masse als unsere Sonne.
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Mehr Masse als 330 .000 Erden. Die gesamte Sonne
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zusammengepresst zu einer Kugel von der Größe
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einer bescheidenen Stadt. Die Zahlen werden in
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diesem Maßstab beinahe bedeutungslos. Betrachten
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wir also. was diese Verdichtung für die Materie
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selbst bedeutet. In der Welt, in der wir leben,
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ist Materie größtenteils leerer Raum. Ein Atom
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ist ein winziger Kern, umgeben von einer Elektronenwolke,
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die sich tausende Male weiter erstreckt als der
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Kern selbst. Könnte man all diesen leeren Raum
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entfernen, jedes Atom so weit zusammendrücken,
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bis seine Elektronen direkt an seinen Protonen
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säßen, eines Wolkenkratzers auf die Größe eines
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Sandkorns reduzieren. Genau das ist im Inneren
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eines Neutronensterns geschehen, nur dass die
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Verdichtung noch weiter gegangen ist. Die Elektronen
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und Protonen, jene fundamentalen Bausteine gewöhnlicher
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Atome, sind zusammengepresst worden. Sie sind
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verschmolzen. Sie sind zu Neutronen geworden.
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Der gesamte Stern ist nun im Wesentlichen ein
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einziger Atomkern. Nur, dass er 10 hoch 57 Neutronen
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enthält, so dicht gepackt, dass zwischen ihnen
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praktisch kein Haum mehr besteht. Deshalb wiegt
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der Teelöffel, was er wiegt. Wir sprechen hier
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nicht von dichter Materie in irgendeinem herkömmlichen
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Sinn. Wir sprechen von Materie, die ihrer atomaren
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Identität behaupt wurde. Von Materie, die die
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Struktur aufgegeben hat, die alles definiert,
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was wir als fest, flüssig oder gasförmig kennen.
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Könnten wir uns einem solchen Objekt nähern?
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Könnten wir irgendwie überleben, um es zu beobachten?
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Böte die Oberfläche Bedingungen, die unsere extremsten
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Umgebungen gastfreundlich erscheinen lassen.
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Die Temperatur liegt bei etwa einer Million Grad
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Celsius. Das ist mehr als 170 Mal heißer als
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der Kern unserer Sonne. Die Schwerkraft an der
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Oberfläche ist 200 Milliarden Mal stärker als
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die, die uns auf der Erde hält. Dort zu stehen
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ist natürlich unmöglich. Könnte man irgendwie
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auf diese Oberfläche gesetzt werden, würde man
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augenblicklich zu einer Dicke von weniger als
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einem einzelnen Atom plattgedrückt. Die Struktur
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des eigenen Körpers würde unter ihrem eigenen
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Gewicht zusammenbrechen, in zweidimensionale
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Vergessenheit gepresst, bevor man überhaupt etwas
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wahrnehmen könnte. Selbst ein Objekt, das aus
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einer lächerlich geringen Höhe fällt, würde verheerend.
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Lässt man etwas einen Zentimeter über diese Oberfläche
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fallen, schlüge es mit der Energie einer kleinen
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Atombombe auf, beschleunigt auf Millionen Kilometer
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pro Stunde in einer Mikrosekunde. Die Schwerkraft
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ist so intensiv, dass die Oberfläche des Sterns
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selbst außerordentlich glatt ist. Berge, falls
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es sie gibt, erheben sich höchstens wenige Millimeter.
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Der Stern ist eine nahezu perfekte Kugel, poliert
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von seinem eigenen unmöglichen Gewicht. Wir können
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diese Objekte in keinem herkömmlichen Sinn direkt
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sehen. Sie sind zu klein, zu fern, oft zu kalt
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in den Wellenlängen. die unsere Augen wahrnehmen.
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Doch 1967 entdeckte eine Doktorandin namens Jocelyn
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Bell Burnell, die mit ihrem Betreuer Anthony
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Hewish an der Universität Cambridge arbeitete,
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etwas Außergewöhnliches. Ein Signal von vollkommener
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Regelmäßigkeit aus den Tiefen des Alls, das exakt
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alle 1, 337 Sekunden pulsierte. Die Perfektion
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dieses Rhythmus war so unerwartet, dass das Team
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es halb im Scherz als LGM I bezeichnete für Little
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Green Men, kleine grüne Männchen. Es zog die
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Möglichkeit außerirdischer Intelligenz in Betracht,
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bevor es erkannte, dass es etwas Seltsameres
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gefunden hatte, eine neue Klasse von Himmelsobjekten,
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einen Neutronenstern, der Strahlungsbündel aussendet
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wie ein Leuchtturm. wobei seine Rotation diese
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Bündel durch unsere Sichtlinie streichen lässt.
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Bald wurden weitere solcher Signale gefunden.
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Der Physik -Nobelpreis 1974 wurde an Hewish für
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diese Entdeckung verliehen, eine Entscheidung,
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die später kritisiert wurde, weil sie Bell Burnell
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ausschloss, deren Beitrag wesentlich gewesen
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war. Heute kennen wir mehr als 3000 Pulsare allein
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in unserer Galaxie. Sie dienen als präzise kosmische
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Uhren, Als Sonden des interstellaren Raums, als
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Labore für die Prüfung von Einsteins allgemeiner
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Relativitätstheorie unter Bedingungen extremer
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Schwerkraft. Das Pulsar Timing Array Projekt
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überwacht Dutzende dieser Objekte gleichzeitig.
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Es sucht nach winzigen Schwankungen in den Ankunftszeiten
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der Pulse, die den Durchgang niederfrequenter
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Gravitationswellen anzeigen würden. Jener Art,
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die von supermassereichen schwarzen Löchern erzeugt
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wird. die in fernen Galaxien umeinander kreisen.
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Doch diese Beobachtungen, so präzise sie auch
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sind, verraten uns nur etwas über das Äußere.
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Die Pulse treffen ein wie ein Uhrwerk, regelmäßig
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und messbar, aber sie entstehen an einer Oberfläche,
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die wir nicht berühren können, in einem Inneren,
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das wir nicht sehen können. Der Neutronenstern
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ist ein verschlossenes Labor, ein Ort, an dem
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die Natur Experimente durchführt, die wir nur
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indirekt beobachten können. Und so müssen wir
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in der Vorstellung hinabsteigen unter diese polierte
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Oberfläche, in die Bereiche, in denen unser Verständnis
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am unsichersten wird. Stellen wir uns vor, durch
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dieses Objekt hinabzusteigen, wie ein Taucher
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durch einen Ozean hinabsteigen könnte, nur dass
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hier das Wasser selbst mit der Tiefe seine grundlegende
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Natur verändert. Der Druck nimmt nicht bloß zu.
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Er verwandelt das, worauf er drückt. An der Oberfläche
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dieses seltsamen Ozeans begegnen wir der Kruste,
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einer Art kosmischem Eis, hauptsächlich aus Eisen
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und anderen schweren Elementen, angeordnet in
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einem kristallinen Gitter. Das ist kein gewöhnliches
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Eisen. Zusammengepresst von der Schwerkraft des
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Sterns ist diese Kruste schätzungenzufolge eine
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Million Mal fester als Stahl. Sie ist die härteste
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bekannte Substanz im Universum. Während wir durch
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sie hinabsteigen, werden die Atomkerne zunehmend
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exotisch, zunehmend verzerrt vom Druck, bis wir
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uns in einer Region wiederfinden, in der das
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Wasser selbst zu Neutronen wird. Ein Meer freier
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Neutronen, die die gebundenen Kerne zahlenmäßig
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übertreffen. Eine Flüssigkeit, wie es sie auf
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der Erde nicht gibt. Je tiefer wir kommen, desto
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seltsamer wird das Wasser. Das ist die wesentliche
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Wahrheit eines Neutronensterns. Er ist nicht
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einfach ein dichtes Objekt. Er ist eine Reise
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durch Phasen der Materie, die nirgendwo sonst
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existieren, unter Bedingungen, die wir nicht
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nachbilden und nur teilweise verstehen können.
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Ganz unten, am abgründigen Boden dieses Abstiegs,
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wird unser Verständnis am unsichersten. Die Dichte
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dort ist so extrem, dass Physiker vermuten, die
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Neutronen selbst könnten zerfallen. Sie könnten
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sich in ihre Bestandteile auflösen, in die Quarks,
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die normalerweise für immer in den Grenzen einzelner
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Teilchen eingeschlossen bleiben. Dieser hypothetische
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Zustand wird Quarkmaterie genannt oder Quark
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-Gluon -Plasma. Es ist eine Form von Materie,
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die nirgendwo sonst im Universum stabil existieren
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kann. Nicht in den frühen Momenten nach dem Urknall,
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als ähnliche Bedingungen kurzzeitig herrschten.
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Nicht in unseren leistungsfähigsten Teilchenbeschleunigern,
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wo wir flüchtige Annäherungen erzeugen können.
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Nur hier, in den Herzen von Neutronensternen,
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könnte dieser Zustand fortbestehen. Ob dieser
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Quarkkern tatsächlich in irgendeinem oder in
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allen Neutronensternen existiert, bleibt eine
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der großen offenen Fragen der Astrophysik. Wir
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können nicht in diese Objekte hineinsehen. Wir
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können ihre innere Struktur nur aus ihrem äußeren
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Verhalten ableiten. Aus der Art, wie sie rotieren.
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Aus der Art, wie sie abkühlen. Aus den Gravitationswellen,
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die sie bei Kollisionen aushänden. Der Neutronenstern
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ist ein verschlossenes Labor. Ein Ort, an dem
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die Natur Experimente durchführt. die wir nur
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indirekt beobachten können, wo die Physik des
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Allerkleinsten und des Allergrößten auf eine
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Weise aufeinandertreffen, die wir noch immer
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zu entschlüsseln versuchen. Viele Neutronensterne
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rotieren mit außerordentlicher Geschwindigkeit.
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Die schnellsten Bekannten vollenden mehr als
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700 Umdrehungen pro Sekunde. Halten wir einen
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Moment inne. Ein Objekt. Masse reicher als unsere
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Sonne. Ein Objekt, das man in 30 Minuten umrunden
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könnte, dreht sich 700 Mal in einer einzigen
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Sekunde. Am Äquator eines solchen Sterns bewegt
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sich die Oberfläche mit rund 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.
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Das sind 60 .000 Kilometer pro Sekunde. Diese
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Millisekundenpulsare, benannt nach ihren Rotationsperioden,
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die in tausend Stellsekunden gemessen werden,
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stellen einige der extremsten Rotationsdynamiken
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im Kosmos dar. Die meisten Neutronensterne, die
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wir beobachten können, sind Pulsare. Sie besitzen
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Magnetfelder von atemberaubender Intensität,
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typischerweise 10 Millionen bis 100 Billionen
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Mal stärker als das Magnetfeld der Erde. Während
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der Stern rotiert, treten Strahlungsbündel aus
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seinen magnetischen Polen aus und streichen durch
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den Raum. Wenn eines dieser Bündel zufällig unsere
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Sichtlinie kreuzt, registrieren unsere Radioteleskope
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einen Puls. Die Regelmäßigkeit dieser Pulse ist
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außergewöhnlich. Manche Millisekundenpulsare
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sind in ihrer Rotation so stabil, dass sie es
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mit unseren besten Atomuhren aufnehmen können.
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Wir nutzen sie als kosmische Zeitmesser und überwachen
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die Ankunftszeiten ihrer Pulse auf winzige Abweichungen,
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die auf den Durchgang von Gravitationswellen
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durch unsere Galaxie hindeuten könnten. Es existiert
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eine noch extremere Klasse von Neutronensternen,
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die Magnetare genannt werden. Ihre Magnetfelder
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sind tausendmal stärker als die gewöhnlicher
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Pulsare und erreichen Stärken von bis zu 100
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Billiarden Tesla. Zum Vergleich, das stärkste
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Magnetfeld, das Menschen jemals dauerhaft aufrechterhalten
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haben, beträgt etwa 45 Tesla. Das Feld eines
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Magnetars könnte die Magnetstreifen auf Kreditkarten
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aus 1000 Kilometern Entfernung löschen. Aus 100
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.000 Kilometern wäre es für einen Menschen tödlich,
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nicht durch irgendeinen thermischen oder Strahlungseffekt,
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sondern indem es die Atome im Körper verzerrt
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und die molekularen Bindungen zerreißt. die einen
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zusammenhalten. Die Magnetosphären von Neutronensternen
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haben ihre eigenen Komplexitäten. In diesen Regionen,
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die den Stern umgeben, dominiert das Magnetfeld
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die Bewegung geladener Teilchen und beschleunigt
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Elektronen und Positronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit.
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Die erzeugte Strahlung kann von der Erde aus
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als Pulsarsignale empfangen werden. Unter dem
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Einfluss von Feldern in Magnetarstärke verändert
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selbst das Vakuum seine Eigenschaften, wird doppelbrechend
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und bricht Licht je nach Polarisation unterschiedlich.
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Das sind quantenelektrodynamische Effekte, die
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normalerweise nur in Teilchenphysikexperimenten
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eine Rolle spielen. Doch hier zeigen sie sich
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auf kosmischen Skalen. Manche Neutronensterne
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zeigen Timing -Glitches, plötzliche kleine Beschleunigungen
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in ihrer Rotation. Diese Ereignisse gelten als
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Sternbeben, plötzliche Neuordnungen der Sternkruste,
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während sie sich an die allmähliche Verlangsamung
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des Sterns anpasst. Dabei wird gespeicherte Rotationsenergie
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aus dem Inneren freigesetzt und die Oberfläche
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kurzzeitig beschleunigt. Die Untersuchung dieser
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Glitches bietet seltene Einblicke in die innere
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Struktur und die mechanischen Eigenschaften dieser
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exotischen Objekte. Es gibt Vermutungen, dass
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das Innere von Neutronensternen superfluide und
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supraleitende Komponenten enthalten könnte. Superfluidität
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bedeutet Strömung ohne jede Viskosität, ohne
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jede Reibung. Supraleitung bedeutet elektrischer
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Strom ohne jeden Widerstand. Unter den extremen
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Bedingungen im Kern eines Neutronensterns könnten
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Neutronen und die verbliebenen Protonen diese
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Quantenzzustände erreichen. Das beeinflusst,
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wie der Stern abkühlt, wie sich seine Rotation
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verändert, wie er auf Störungen reagiert. Das
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sind keine geklärten Fragen. Es sind aktive Forschungsfronten,
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theoretische Vorhersagen, die auf Bestätigung
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oder Widerlegung durch Beobachtungen warten.
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Neutronensterne sind nicht bloß passive Studienobjekte.
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Sie sind dynamische Teilnehmer an kosmischen
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Ereignissen von außerordentlicher Gewalt. Wenn
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zwei Neutronensterne einander umkreisen, strahlen
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sie Energie in Form von Gravitationswellen ab,
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wodurch ihre Umlaufbahn allmählich schrumpft.
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Über Millionen oder Milliarden Jahre beschleunigt
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sich dieser Prozess, bis die Sterne spiralförmig
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aufeinander zustürzen und kollidieren. Solche
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Kollisionen gehören zu den energiereichsten Ereignissen
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im Universum und setzen in Augenblicken mehr
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Energie frei, als unsere Sonne in ihrer gesamten
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Lebensdauer erzeugen wird. Diese Kollisionen
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sind zugleich kosmische Gießereien. Durch einen
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Prozess namens schneller Neutroneneinfang, den
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R -Prozess, schmieden sie die schwersten Elemente
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im Universum. Ungefähr die Hälfte aller Elemente,
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die schwerer sind als Eisen, darunter Gold, Platin
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und Uran, entstehen in diesen katastrophalen
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Verschmelzungen. Das Gold in einem Ehering, das
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Platin in einem Katalysator, das Uran, das Kernreaktoren
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antreibt. All diese Atome wurden in den letzten
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Momenten verschmelzender Neutronensterne erschaffen,
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durch den Raum geschleudert. um schließlich Teil
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unseres Sonnensystems zu werden, Teil unseres
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Planeten, Teil unserer Körper. Am 17. August
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2017 beobachtete die Menschheit ein solches Ereignis
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zum ersten Mal direkt. Die Gravitationswellendetektoren
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LIGO und FIRGO registrierten ein Signal von der
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Verschmelzung zweier Neutronensterne, bezeichnet
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als GEET -7 und EIT -1 und 17. gelegen etwa 130
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Millionen Lichtjahre entfernt in der Galaxie
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Uneinheit 993. Innerhalb von Sekunden registrierte
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das Weltraum -Teleskop Fermi einen kurzen Gammastrahlenausbruch
21:41
aus derselben Richtung. In den folgenden Stunden
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und Tagen richteten Teleskope auf der ganzen
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Welt und im Weltraum ihre Instrumente auf das
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Nachglühen. Was sie in den Spektren fanden, war
21:55
bemerkenswert die eindeutige Signatur von Gold
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und Platin, die in Echtzeit geschmiedet wurden,
22:01
die verräterischen Linien im Licht, die Elemente
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offenbarten, die Augenblicke zuvor noch nicht
22:07
existiert hatten. Schätzungen zufolge erzeugte
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diese einzelne Kollision ungefähr zehn Erdmassen
22:14
an Gold und Platin, sowie etwa 50 Erdmassen anderer
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schwerer Elemente. Jedes Goldatom Dass Menschen
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jemals abgebaut haben, jedes Geheimnis, das jemals
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zu Schmuck verarbeitet oder in Tresoren gelagert
22:29
wurde, stammt aus solchen gewaltsamen kosmischen
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Ereignissen. Die Verbindung zwischen diesen fernen
22:35
Katastrophen und den Atomen in unseren Körpern
22:39
ist nicht metaphorisch. Sie ist buchstäblich,
22:42
physisch nachvollziehbar. In gewissem Sinne vollziehen
22:47
diese Kollisionen eine Art gewaltsame Autopsie.
22:51
Wir können nicht in einen Neutronenstern hineinsehen,
22:54
können seinen verborgenen Kern nicht untersuchen.
22:58
Aber wenn zwei von ihnen einander zerreißen,
23:01
wird ihr Inhalt durch den Raum verstreut, damit
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unsere Instrumente ihn lesen können. Die Elemente,
23:08
die sie erzeugen, sind die Fingerabdrücke von
23:10
Prozessen, die wir sonst nicht bezeugen können.
23:14
Manche Neutronensterne existieren in Doppelsystemen
23:17
mit gewöhnlichen Sternen, von denen sie allmählich...
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Material abziehen. Diese gestohlene Materie strömt
23:25
spiralförmig auf die Oberfläche des Neutronensterns
23:28
hinab und bildet das, was Astronomen eine Aggressionsscheibe
23:33
nennen. Reibung innerhalb dieser Scheibe erhitzt
23:36
das Material auf Millionen Grad und bringt es
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dazu, intensive Röntgenstrahlung auszusenden.
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Solche Systeme werden Röntgendoppelsterne genannt.
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Gelegentlich sammelt sich genug Wasserstoff und
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Helium. auf der Oberfläche des Neutronensterns
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an, um eine thermonukleare Explosion auszulösen,
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einen Röntgenausbruch vom Typ I, der in Sekunden
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die Energie freisetzt, die unsere Sonne über
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mehrere Tage abstrahlen würde. Manche dieser
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Ausbrüche wiederholen sich regelmäßig, wenn der
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Stern frisches Material ansammelt, im Abstand
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von Stunden oder Tagen, Ein kosmischer Zyklus
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von Aufbau und Entladung. Noch extremer sind
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die Riesenflares von Magnetaren. Der stärkste
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jemals beobachtete stammte von SCAR 1060 20 am
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27. Dezember 2004. In weniger als einer Sekunde
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setzte dieser Magnetar mehr Energie frei, als
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unsere Sonne in 150 .000 Jahren abstrahlen wird.
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Die Strahlung war so intensiv, dass sie die obere
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Erdatmosphäre messbar beeinflusste, obwohl der
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Magnetar 50 .000 Lichtjahre entfernt war. Hätte
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ein solches Ereignis innerhalb von 10 Lichtjahren
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um die Erde stattgefunden, wären die Folgen für
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unser Klima und unsere Technologie katastrophal
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gewesen. Glücklicherweise sind die nächsten bekannten
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Magnetare weit genug entfernt, um keine Bedrohung
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darzustellen. Neutronensterne sind in ihren beobachtbaren
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Formen nicht ewig. Ein junger Pulsar rotiert
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schnell und besitzt ein starkes Magnetfeld. Über
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Millionen Jahre strahlt er seine Rotationsenergie
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als elektromagnetische Strahlung ab und wird
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allmählich langsamer. Sein Magnetfeld schwächt
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sich ab. Nach einigen zehn Millionen Jahren wird
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er zu langsam und zu schwach, um als Pulsar nachweisbar
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zu sein. Er wird zu einem stillen Neutronenstern,
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der durch Wärmestrahlung abkühlt, die über Milliarden
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Jahre verblassen wird. Doch manche dieser toten
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Pulsare können wiedergeboren werden. Wenn sie
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einen Begleiter in einem Doppelsystem haben,
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kann akkertiertes Material Drehimpuls übertragen
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und sie wieder auf Millisekundenperioden hochschleudern.
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Diese recycelten Pulsare können als stabile Strahlungsquellen
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über Milliarden Jahre aktiv bleiben. Es gibt
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eine Grenze dafür, wie massereich ein Neutronenstern
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werden kann. Die Tolman -Oppenheimer -Volkow
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-Grenze, benannt nach den Physikern, die sie
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hergeleitet haben, markiert die Schwelle jenseits
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derer selbst, der Druck der Neutronen dem Gravitationskollaps
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nicht mehr widerstehen kann. Jenseits dieser
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Grenze kollabiert der Stern zu einem schwarzen
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Loch. Der genaue Wert hängt von der unbekannten
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Zustandsbleichung der Materie bei diesen extremen
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Dichten ab. liegt aber irgendwo zwischen 2 und
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3 Sonnenmassen. Der schwerste bekannte Neutronenstern,
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Psiol 746 6060, wurde mit ungefähr 2 ,14 Sonnenmassen
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gemessen, womit er nahe an diese theoretische
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Grenze heranreicht und entscheidende Einschränkungen
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für das Verhalten von Materie unter Bedingungen
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liefert, die wir auf der Erde nicht erzeugen
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können. Vielleicht ist das Auffälligste an Neutronensternen
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nicht irgendeine einzelne Eigenschaft, so extrem
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sie auch sein mag. Es ist, was sie als Grenzen
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des Wissens darstellen. Wir haben Objekte in
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unserem Universum, die wir nachweisen können,
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die wir mit außerordentlicher Präzision vermessen
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können, deren Äußeres verhalten wir in mehreren
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Wellenlängen und durch Gravitationswellen beobachten
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können, deren Inneres jedoch grundlegend rätselhaft
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bleibt. Wir wissen nicht mit Sicherheit, was
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im Zentrum eines Neutronensterns geschieht. Wir
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haben Hypothesen, Modelle, fundierte Spekulationen,
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aber der tatsächliche Zustand der Materie unter
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diesen Bedingungen bleibt uns verborgen. Der
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Neutronenstern ist eine Erinnerung daran, dass
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es Grenzen dessen gibt, was wir direkt wissen
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können, dass das Universum noch Fragen bereithält,
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die wir nicht beantwortet haben und vielleicht
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über Generationen hinweg nicht beantworten werden.
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Und doch sind diese Objekte So lebensfeindlich
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sie sind, so völlig jenseits der Bedingungen,
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die Komplexität oder Chemie oder Biologie ermöglichen,
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auf die intimste Weise mit uns verbunden. Die
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Atome in deinem Körper, besonders die schwereren,
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wurden in Sternexplosionen und Neutronensternkollisionen
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beschmiedet. Das Calcium in deinen Knochen, das
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Eisen in deinem Blut, die Spurenelemente, die
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deine Enzyme funktionieren lassen. All das gelangte
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durch kosmische Prozesse von außerordentlicher
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Gewalt hierher. Wir bestehen in einem sehr realen
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Sinne aus Sternenstaub, aber genauer gesagt bestehen
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wir aus den Trümmern stellerer Tode, einschließlich
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der extremsten Tode, die das Universum zu bieten
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hat. Das soll die Zerstörung nicht romantisieren.
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Die Supernova, die einen Neutronenstern hervorbringt,
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zerstört jede Möglichkeit von Leben in ihrer
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Umgebung. Die Kollision von Neutronensternen
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schafft Bedingungen, die kein Lebewesen überleben
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könnte. Das sind keine schöpferischen Akte in
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irgendeinem biologischen Sinne. Es ist einfach
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das, was geschieht, wenn Masse und Schwerkraft
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nach den Regeln interagieren, die unser Universum
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regieren. Aber die Folgen dieser Ereignisse,
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verteilt über Milliarden Jahre und Milliarden
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Lichtjahre, schließen die Möglichkeit unserer
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eigenen Existenz ein. Wir leben auf einem Planeten,
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der im Vergleich beinahe unmöglich gastfreundlich
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erscheint. Die dünne Atmosphäre der Erde, ihr
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flüssiges Wasser, ihr schützendes Magnetfeld,
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ihre Position in der habitablen Zone eines stabilen
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Sterns, all das stellt ein empfindliches Gleichgewicht
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dar, das nicht nur Leben erlaubt, sondern komplexes
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Leben, nicht nur überleben, sondern gedeihen.
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In einem Universum. das von Neutronensternen
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und schwarzen Löchern dominiert wird, von Strahlung
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und Fakuum und erdrückender Schwerkraft, ist
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unsere Welt eine bemerkenswerte Ausnahme. Der
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Neutronenstern lehrt uns Perspektive. Er zeigt
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uns, was aus Materie wird, wenn sie an ihre Grenzen
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getrieben wird. Er führt vor, dass die vertauten
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Kategorien Fest, Flüssig, Gasförmig, Plasma die
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Möglichkeiten nicht erschöpfen. Er erinnert uns
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daran, dass unsere Alltagserfahrung nur ein schmales
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Band von Bedingungen abdeckt und dass das Universum
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weit mehr enthält, als wir unmittelbar begegnen.
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Und er verbindet uns durch die Atome in unseren
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Körpern mit Ereignissen von kosmischem Maßstab
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und kosmischer Gewalt, mit Prozessen, die sich
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entfalteten, bevor unser Sonnensystem entstand
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und die weitergehen werden, lange nachdem unsere
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Sonne gestorben ist. Darin liegt etwas still
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Demütigendes. Keine dramatische Offenbarung,
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kein Donnerschlag der Erkenntnis, sondern ein
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allmähliches Erkennen unseres Platzes in einem
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Universum, das seltsamer und vielfältiger ist,
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als unsere Sinne allein vermuten ließen. Der
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Neutronenstern ist uns weder feindlich gesinnt
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noch freundlich. Er ist einfach. folgt den Gesetzen
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der Physik mit gleichgültiger Präzision, hält
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in seinem kleinen Umfang Bedingungen, die unser
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Verständnis herausfordern, und bietet uns die
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Gelegenheit, ein wenig mehr darüber zu lernen,
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was Materie tun kann, wenn die Schwerkraft ihren
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Willen bekommt. Wir werden vielleicht nie genau
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wissen, was im Herzen dieser Objekte liegt. Die
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Gleichungen, die ihr Inneres beschreiben, mögen
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teilweise ungelöst bleiben. Aber wir wissen genug,
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um zu würdigen, was sie sind. Die dichtesten
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beobachtbaren Objekte im Universum, das letzte
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auf Bäumen der Materie. Bevor sie sich vollständig
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der Vergessenheit des schwarzen Lochs ergibt.
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Natürliche Labore für Physik jenseits unserer
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gegenwärtigen Reichweite und kosmische Gießereien,
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die die schweren Elemente lieferten, die unsere
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Existenz möglich machen. Das ist bereits eine
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ganze Menge zu wissen. Und es ist genug vielleicht,
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um eine Weile damit zu sitzen, es sich zu Verständnis
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setzen zu lassen, es mitzunehmen, während wir
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unsere eigene kurze Reise durch den Kosmos fortsetzen.