Magnetfeld von Neutronensternen

  • Hallo,


    Ein bekannter von mir und ich haben uns gefragt, wie neutronensterne überhaupt ein Magnetfeld haben können, schließlich besitzen sie ja keine Ladungsträger im inneren, nach einer kurzen recherche fanden wir heraus, dass es doch einige Ladungsträger gibt (aber wir dachten uns diese paar protönchen und elektrönchen könnten so ein starkes magnetfeld nicht erklären). In wikipedia stand, dass das Magnetfeld vom Pulsar ein Überrest des Ursprungsmagnetfeldes vom Stern sei. Anschließend fragte ich mich wie das überhaupt sein kann. Als erstes dachte ich an den Energieerhaltungssatz, da ja die gespeicherte Energie im Magnetfeld "irgendwo hin muss", also in das Magnetfeld von dem Pulsar. Allerdings war das für mich eine recht dürftige Antwort.
    Meine Idee war dann, dass es ähnlich ist wie in einem Kernspintomographen. Die Spins der einzelnen Neutronen stehen in dem Ursprungsmagnetfeld des Sterns (mit bewegten Ladungen), senkrecht zum Magnetfeld (habe an einen metallstab gedacht, den man in ein starkesmagnetfeld hält).
    Und anschließend, bei der Abstoßung der Hüllen, behalten die Neutronen ihre Ausrichtung, und generieren dadurch ein Magnetfeld.
    Allerdings ist diese Theorie schön und gut, aber sie kann ja falsch sein.
    Könnt ihr mir helfen?


    Beste Grüße und CS


    Daniel

  • Hallo Daniel,


    Also ein Magnetfeld müsste nicht erhalten werden wenn ein Neutronenstern entsteht. Ausserdem ist das Magnetfeld des neutronensterns ja größer als seines Muttersterns. Die Energie des Magnetfeldes muss schon erhalten bleiben, aber die kann zum Beispiel als Wärme abgegeben werden.


    Neutronen haben ein magnetisches Moment welches ja wie Du geschrieben hast in der Kernresonanzspektroskopie/tomographie verwendet wird (obwohl es dort eigentlich eher das Protonenmoment ist). Das magnetische Moment der Neutronen kann man sich erklären wenn man die Neutronen als aus 3 Quarks aufgebaut denkt.
    Warum jetzt das Magnetfeld eines Neutronensterns so stark ist weis ich zwar nicht sicher, aber ich denke dass die einzelnen magnetischen Momente der Neutronen sich durch Dipol-Dipol wechselwirkungen gegenseitig ausrichten und dadurch zum Gesamtmagnetischen Moment des Neutronensterns verstärken. Da die Neutronen sehr nah zueinander stehen müssten die Dipol-Dipolkräfte recht stark sein und dürften für die parallele Anordnung und dadurch Verstärkung der einzelnen Momente verantwortlich sein.


    Schöne Grüße,
    Klaus

  • Hallo!


    Es wird vermutet, dass der Kern eines Neutronensterns supraleitend ist. Das führt bei der schnellen Rotation durch den Dynamo-Effekt (wie bei der Erde) zu starken Strömen und damit zu einem starken Magnetfeld.


    Gruß
    Thomas

  • Moin,


    die dürftige Antwort ist gar nicht so falsch. Das Magnetfeld des Sterns wird - wenn der Stern dann zusammenfällt - mit komprimiert. So steigt die Flussdichte von ursprünglich, sagen wir mal 10^-4T oder was der Stern zu bieten hat, auf lässige 10^6T und mehr an.


    cu - Arndt

  • Hallo!


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Das Magnetfeld des Sterns wird - wenn der Stern dann zusammenfällt - mit komprimiert. So steigt die Flussdichte von ursprünglich, sagen wir mal 10^-4T oder was der Stern zu bieten hat, auf lässige 10^6T und mehr an.
    <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Damit kann man das initiale Magnetfeld, kurz nachdem der Neutronenstern entstanden ist, erklären. Das Magnetfeld wäre relativ schnell "aufgebraucht" gäbe es keinen "Nachschub". Die Magnetfeldstärke nimmt tatsächlich mit der Rotationsgeschwindigkeit ab. Es gibt dort einen direkten Zusammenhang.


    Tatsächlich ist es so, dass die Abnahme der Rotationsgeschwindigkeit durch die Aufrechterhaltung des Magnetfeldes zustande kommt (wenn man jetzt mal Gravitationswellen ausser acht läßt). Die Energie für die Photonen (bis zu 100000 Sonnenleuchtkräften!), die ein Neutronenstern an seinen Magnetpolen abstrahlt, stammt zu 100% aus dem Magnetfeld.


    Gruß
    Thomas

  • Hi,


    das wird nicht. Das Magnetfeld hat zwar eine hohe Flussdichte, ist aber in der Summe nicht kräftiger als das der ursprünglichen Sonne. Das wäre ein wenig zu knapp, um die Absrahlung zu erklären. Hingegen steckt eine Menge Energie in der Rotation. Daraus schöpft der Pulsar seine Energie, die er abstrahlt, und daher erhöht sich auch die Rotationsperiode mit der Zeit.


    cu - Arndt

  • Hi,


    erstmal, wie ein Neutronenstern innen aussieht weiss man garnicht so genau. Ideen gibt es viele, aber mit dem Grundsatz "wie ein rohes Ei -- spröde Schale und dann mehrere sehr seltsame Flüssigkeiten" sind wir hier erstmal nicht schlecht bedient.


    Das Feld kommt genau wie Arndt sagte aus dem B-Feld des Progenitors durch den Kollaps auf ein Objekt von ~10km Radius ganz natürlich zu Stande (Flussdichte * Querschnitt ist ja eine Erhaltungsgrösse!). Dynamoprozesse *könnten* während des Kollaps dazu beitragen die nochmal um einen Faktor 1000 stärkeren Felder der selteneren Magnetare zu erklären. Für die "normalen" Neutronensternfelder reicht zum Verständnis aber erstgenannter Prozess schon aus.


    Die Leuchtkraft des Neutronensterns selbst ist thermisch, die Schale aus Eisen & co. (wegen der extremene Dichte übrigens viel viel mehr als ein paar "Protönchen") ist 10^5 - 10^6 K heiss.


    Die nichtthermische Komponente der Pulsare kommt durch einen Wind von relativistischen Paaren zu Stande, den man über den sogenannten Goldreich-Julian-Mechanismus nahe der Oberfläche extrahiert. Das Magnetfeld ist hier nötig zum Verständnis des Induktors, aber die Energie selbst stammt nicht aus dem Magnetfeld, sondern aus dem Reservoir der Rotationsenergie. Diese Teilchen erzeugen dann im Magnetfeld oder aber im Photonfeld elektromagnetische Strahlung (spindown-power ist typischerweise ~10^33 bis 10^35 erg/s, genau was man z.B. beim Crab beobachtet an Synchrotron und Invers Compton Luminosität).


    Das Reservoir der Rotationsenergie ist übrigens viel viel grösser als dasjenige im B-Feld, schliesslich rotiert hier ein Objekt nur wenig grösser als sein Schwarzschildhorizont mit beinahe Zerreisgeschwindigkeit. Wir sprechen also über Grössenordnung der totalen Bindungsenergie.


    Es *gibt* auch magnetische Rekonnexionsereinisse, ein wenig analog zu stellaren Flares, vor allem bei Magnetaren (z.B. die sog. Soft Gamma Repeaters). Diese erreichen für Sekunden beachtliche Luminositäten (bis ~10^47 erg/s entsprechend 100 Billionen Sonnen bei den Giant Flares), aber die Jahrzehntausende währende stetige Emission der Neutronensterne und ihrer Umgebung speist sich wie gesagt nur über Vermittlung des Magnetfeldes aus der Rotationsenergie.


    Viele Grüsse,
    DK der Neutronenstellarastronom

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