Quelle: Universität Innsbruck 5. Dezember 2023.

5. Dezember 2023 – Es ist gelungen, das rätselhafte Phänomen mit ultrakalten dipolaren Atomen numerisch zu simulieren. Die enge Verbindung von Quantenmechanik und Astrophysik ebnet den Weg für die Quantensimulation von stellaren Objekten.

Neutronensterne faszinieren die Wissenschaft seit ihrer ersten Entdeckung im Jahr 1967. Die für ihre periodischen Lichtblitze und ihre schnelle Rotation bekannten Überreste von Supernovae gehören zu den dichtesten Objekten im Universum. Ihre Masse ist vergleichbar mit jener der Sonne, komprimiert in einer Kugel mit einem Durchmesser von nur etwa 20 Kilometern. Neutronensterne zeigen ein eigenartiges Verhalten, das als „Glitch“ bekannt ist, bei dem der Stern plötzlich seine Rotation beschleunigt. Dieses Phänomen deutet darauf hin, dass Neutronensterne möglicherweise teilweise supraflüssig sind. In einer Supraflüssigkeit ist die Rotation durch zahlreiche winzige Wirbel gekennzeichnet, von denen jeder einen Teil des Drehimpulses trägt. Ein „Glitch“ tritt auf, wenn diese Wirbel aus der inneren Kruste des Sterns in seine feste, äußere Kruste entweichen und dadurch die Rotationsgeschwindigkeit des Sterns erhöhen.

Der Schlüssel zu dieser Studie liegt im Konzept des Suprafestkörpers – einem Zustand, der sowohl kristalline als auch supraflüssige Eigenschaften aufweist, und der als notwendige Bedingung für die Rotationsstörungen von Neutronensternen vorhergesagt wurde. Demnach nisten sich quantisierte Wirbel im Suprafestkörper ein, bis sie kollektiv entweichen und von der äußeren Kruste des Sterns absorbiert werden, was dessen Rotation beschleunigt. Kürzlich wurden suprafeste Zustände in Experimenten mit ultrakalten, dipolaren Atomen realisiert. Dies bietet eine einzigartige Möglichkeit, die Bedingungen im Inneren eines Neutronensterns auf der Erde zu simulieren.

Die aktuelle Studie von Forschern der Universität Innsbruck und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften sowie der Laboratori Nazionali del Gran Sasso und des Gran Sasso Science Institute zeigt, dass in ultrakalten suprafesten Phasen Störungen auftreten können, die mit den Vorgängen im Inneren von Neutronensternen vergleichbar sind. Dieser Ansatz ermöglicht eine detaillierte Erforschung dieses Phänomens und seiner Abhängigkeit von Eigenschaften des Suprafestkörpers. „Unsere Forschung stellt eine enge Verbindung zwischen Quantenmechanik und Astrophysik her und bietet Einblicke in das Innenleben von Neutronensternen“, sagt die Erstautorin Elena Poli. Diese Vorgänge liefern wertvolle Erkenntnisse über die innere Struktur und Dynamik von Neutronensternen. Durch die Untersuchung dieser Ereignisse können die Wissenschaftler mehr über die Eigenschaften von Materie unter extremen Bedingungen erfahren.

„Diese Forschung demonstriert einen neuen Ansatz, um Einblicke in das Verhalten von Neutronensternen zu gewinnen, und eröffnet neue Wege für die Quantensimulation von stellaren Objekten in niederenergetischen Laboren auf der Erde“, betont Francesca Ferlaino.

Die Studie wurde kürzlich in Physical Review Letters veröffentlicht und unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und dem Europäischen Forschungsrat ERC finanziell unterstützt.

Originalpublikation:
Glitches in rotating supersolids. Elena Poli, Thomas Bland, Samuel J. M. White, Manfred J. Mark, Francesca Ferlaino, Silvia Trabucco and Massimo Mannarelli. Phys. Rev. Lett. 131, 223401
DOI: doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.223401
arXiv: https://arxiv.org/abs/2306.09698
pdf: https://arxiv.org/pdf/2306.09698

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Quelle: Naturhistorisches Museum Wien.

10. Dezember 2021 – Haie weisen eine über 400 Millionen Jahre andauernde Erfolgsgeschichte auf und trotzen allen großen Massenaussterbe-Events. Neben den einschneidendsten Umweltkatastrophen an der Perm-Trias-Grenze (vor rund 252 Millionen Jahren) und der Kreide-Paläogen-Grenze (vor rund 66 Millionen Jahren) kam nun vor kurzem ein für Tiefseehaie weitaus dramatischeres Aussterbe-Ereignis hinzu.

Zwei US-Wissenschaftlerinnen berichteten jüngst im Fachjournal „Science“ über einen Rückgang der Haidiversität vor 19 Millionen Jahren mit einem Einschnitt der Häufigkeit von Tiefseehaien von über 90%. Aufgrund der relativen Stabilität der Tiefsee auf kurzzeitige Umweltveränderungen ist dieser enorme Rückgang der Tiefseehaie alarmierend und überraschend zugleich.

Forscherinnen und Forscher des Naturhistorischen Museums Wien und einige internationale Kollegen waren jedoch skeptisch, denn sie sahen kein derartiges Ereignis in ihren Daten. „In mehreren durch den Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) finanzierten Projekten haben wir in Italien, Griechenland, der Türkei, Tansania, Indien, Sri Lanka und dem Oman gleich alte Meeresablagerungen untersucht. Nirgends gab es Hinweise auf ein Aussterbeereignis vor 19 Millionen Jahren“, so Studienmitautor Dr. Mathias Harzhauser, Leiter der Geologisch-Paläontologischen Abteilung am NHM Wien.

Die von den US-Wissenschaftlerinnen herangezogenen Daten beruhten auf Haischuppen aus wenigen Gramm Sediment aus Tiefseebohrkernen. Die US-Forscherinnen übersahen dabei jedoch, dass der Eintrag an Sand und Schlamm im südlichen Pazifik genau zu der Zeit des postulierten Ereignisses sprunghaft anstieg. Daher waren in der gleichen Probenmenge plötzlich viel weniger Fossilien zu finden, was fälschlich als dramatisches Aussterbeereignis interpretiert wurde. „Wir haben die Originaldaten einfach durch die Sedimentationsraten korrigiert und dabei zeigte sich, dass das vermeintliche Aussterbeereignis ein Artefakt ist. Von den globalen Klimaänderungen des Miozäns waren die Haie in der Tiefsee nicht sonderlich beeindruckt“, erklärt Studienleiterin Iris Feichtinger, MSc., vom NHM Wien.

Publikation
Comment on „An early Miocene extinction in pelagic sharks“. Feichtinger I., Adnet S., Cuny G., Guinot G., Kriwet J., Neubauer T.A., J. Pollerspöck J., Shimada K., Straube N., Underwood C., Vullo R. & Harzhauser M. Science: doi: 10.1126/science.abk0632
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk0632

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