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Bei der Kollision zweier Neutronensterne kann ein Magnetar entstehen
Kosmische Magnetfabrik: Wenn zwei Neutronensterne zusammenstoßen, können binnen weniger Millisekunden extrem starke Magnetfelder entstehen. Eine hochauflösende Computersimulation zeigt nun, wie Wirbel an der Kontaktfläche die vorhandenen Magnetfelder auf die Stärke eines Magnetars verstärken könnten. Ob der neu entstandene Himmelskörper diese kurze Phase überlebt, lässt das Modell allerdings offen.
Potsdam (Deutschland). Magnetare sind eine besondere Art von Neutronensternen: Ihr Magnetfeld ist Hunderte bis Tausende Male stärker als das gewöhnlicher Vertreter dieser ohnehin extremen Sternenreste. Wie solche kosmischen Supermagnete entstehen, ist dennoch nicht vollständig geklärt. Neben dem Kollaps massereicher Sterne gilt auch die Verschmelzung bereits existierender Neutronensterne als möglicher Entstehungsweg.
Wenn zwei Neutronensterne einander immer näher kommen, setzen sie gewaltige Energiemengen frei. Ihr gemeinsamer Überrest kann sich vorübergehend als schnell rotierender, massereicher Neutronenstern halten und später zu einem Schwarzen Loch kollabieren. Doch selbst dieser kurze Zwischenzustand könnte ausreichen, um die bislang vorhandenen Magnetfelder entscheidend zu verstärken.
Forscher des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) um Dr. Kenta Kiuchi haben nun die ersten Millisekunden einer solchen Verschmelzung simuliert. Auf dem japanischen Supercomputer Fugaku berechneten sie die Kollision zweier Neutronensterne mit jeweils 1,35 Sonnenmassen. Ihre Magnetfelder besaßen anfangs maximal rund 3,16 Billionen Gauß.
Die Simulation berücksichtigte Gravitation, Magnetfelder, das Verhalten der extrem dichten Materie und den Energietransport durch Neutrinos. Die kleinsten Gitterzellen waren nur 6,25 Meter breit. Dadurch konnten die Forscher die feinen Strömungen dort verfolgen, wo die Oberflächen der beiden Neutronensterne erstmals aufeinandertreffen.
Genau dort entsteht eine sogenannte Kelvin-Helmholtz-Instabilität: Benachbarte Materieschichten bewegen sich unterschiedlich schnell und verwirbeln. Die dabei entstehende Turbulenz zieht die Magnetfeldlinien mit sich und verstärkt sie. Was zunächst auf kleinen räumlichen Skalen beginnt, kann sich im Verschmelzungsrest auf wesentlich größere Bereiche ausbreiten.
Den Berechnungen zufolge wächst das Magnetfeld dadurch auf sternweiten Skalen um ungefähr den Faktor 337. Innerhalb von rund fünf Millisekunden erreicht es damit Werte in der Größenordnung von einer Billiarde Gauß, wie sie für Magnetare typisch sind. Das Team hat diesen Vorgang in einer Computersimulation nachgebildet, nicht bei einer tatsächlichen Sternenkollision beobachtet.
Die Auswertungen zeigen auch, warum die Verstärkung so schnell ablaufen kann. Zunächst entstehen winzige turbulente Strukturen, in denen die magnetische Energie sprunghaft zunimmt. Anschließend wächst die Feldstärke auch auf der Größenskala des gesamten Sternenrests. Eine bloße Verdichtung der Materie oder das Aufwickeln vorhandener Feldlinien würde die berechnete Verstärkung nicht ausreichend erklären.
Die im September 2026 zur Veröffentlichung angenommene Fachfassung nennt für diese großräumige Verstärkung einen etwas höheren Faktor als der zuerst veröffentlichte Preprint. Sie beziffert außerdem die Zeit bis zur erreichten magnetischen Sättigungsenergie auf etwa fünf statt drei Millisekunden. Entscheidend bleibt in beiden Fassungen der schnelle Aufbau eines magnetarähnlichen Felds.
Ein dauerhaftes neues Objekt ist damit noch nicht nachgewiesen. Das simulierte Sternenpaar bringt zusammen 2,7 Sonnenmassen auf die Waage. Ob sein Überrest schließlich zu einem Schwarzen Loch wird, hängt unter anderem von der inneren Materie und der Rotation ab. Die Stabilitätsgrenze eines nicht rotierenden Neutronensterns lässt sich deshalb nicht unmittelbar auf diesen kurzlebigen Verschmelzungsrest übertragen.