Forscher zünden thermonukleare Explosion in Supercomputer

Wenn ein massereicher Stern stirbt, kann er zu einem Neutronenstern werden und damit zum zweitdichtesten bisher kannten Objekt im All, nach einem Schwarzen Loch. Ist ein Neutronenstern Teil eines binären Systems, in dem 2 Sterne umeinander kreisen, sorgt ihre seine Gravitation dafür, dass Material vom zweiten Stern angezogen auf den Neutronenstern gesogen wird.

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Wasserstoffexplosion

Mit Material ist vor allem Wasserstoff gemeint. Hat sich um den Neutronenstern eine kritische Masse an Wasserstoff gesammelt, entsteht eine thermonukleare Explosion, wie sie auch bei einer Wasserstoffbombe vorkommt. Die Wasserstoffatome verschmelzen und es entsteht Helium. Diese Explosionen können sich auch immer stärker häufen, bis daraus ein kontinuierliches Brennen wird. 

Wann genau es zu einer Explosion kommt und wie sie sich verhalten, ist aber noch unbekannt. Für ihre Simulation haben die beiden Forscher Michael Zingale von der Universität SUNY Stony Brook und Eric Johnson von der University of California daher die Röntgenstrahlen analysiert, die bei der Explosion ins All geschleudert werden. 

3D-Modell zeigt Ausbreitung der Explosion

Diese Röntgenstrahlungen verraten unter anderem, wie lange und intensiv die Explosionen sind. Mithilfe des Supercomputers Summit am Oak Ridge National Laboratory konnten die Forscher eine Simulation der Explosion in 3D erstellen. Basis dafür waren zuvor erstellte 2D-Modelle. Ihr 3D-Modell war ein Neutronenstern, der millionenfach heißer als die Sonne ist und sich mit 1.000 Umdrehungen pro Sekunde um die eigene Achse dreht. 

Dann simulierten sie die Zündung der thermonuklearen Reaktion und die anschließende Ausbreitung. Gegenüber früheren 2D-Modellen breitete sich die erzeugte Flamme im neuen Modell ein wenig schneller aus, verhielt sich aber nach dem gleichen Schema. Änderungen der Oberflächentemperatur bzw. Rotationsrate führten auch zu verschiedenen Mustern, wie sich die Flammen über die Oberfläche ausbreiten. 

Weitere Simulationen geplant

„Wir wollen wissen, wie sich die Materie bei den extremen Dichten verhält, die man in einem Neutronenstern vorfindet“, erklärt Zingale in einem Statement. In der Simulation könne man das im Detail beobachten. Im ersten Schritt konzentrierten sich die Wissenschaftler auf das frühe Stadium der Explosion kurz nach der Zündung. 

Jetzt wollen die Forscher noch untersuchen, wie sich die Flammen von einem Pol zum anderen ausbreiten. Die Ergebnisse wurden auf dem Preprint-Server arxiv (PDF) vorveröffentlicht. Sie erweitern die Erkenntnisse früherer Studien, die lediglich mit 2D-Modellen arbeiteten (z.B. in The Astronomical Journal).