Eigenschaften von kompakten Sternen in QCD-motivierten Modellen

Zusammenfassung

Kompakte Sterne stellen neben weissen Zwergen und schwarzen Löchern eine der möglichen Endzustände der Evolution von Sonnen dar. Diese extrem dichten astrophysikalischen Objekte können als Restobjekte von massiven Sternen im Zentrum von Supernova-Explosionen entstehen. Allein in unserer Galaxie sind derzeit ca. 1500 solcher Objekte bekannt. Die Materie innerhalb der kompakten Sterne stellt neben der frühen Urknall-Phase, die dichteste, uns zugängliche Energieform im gesamten Universum dar; sie beschreibt den letzten stabilen Zustand bevor die Materie unaufhaltsam kollabiert und durch die Bildung eines Ereignishorizontes von der Aussenwelt abgetrennt wird. Die Eigenschaften der kompakten Sterne werden massgeblich durch zwei fundamentale Kräfte bestimmt: Die Quanten-Chromodynamik (QCD), die den Kräfteaustausch der elementaren Quarks durch farbgeladene Gluonen beschreibt, und die Allgemeine Relativitätstheorie, die die attraktive, gravitative Wechselwirkung der Sterne durch eine Verformung ihrer raumzeitlichen Struktur formuliert. In den ersten beiden Kapiteln der vorliegenden Arbeit wird zunächst die derzeitige Theorie der elementaren Wechselwirkungen mittels einer eichtheoretischen Formulierung beschrieben. Astrophysikalische Folgerungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, wie die Raumzeitkrümmung innerhalb und ausserhalb kompakter Sterne und die Theorie schwarzer Löcher werden im Detail diskutiert und mittels dreidimensionaler Diagramme veranschaulicht. Im dritten Kapitel werden die numerisch erhaltenen Resultate der Eigenschaften der kompakten Sterne zusammengefasst und in folgende Gruppen untergliedert: Neutronensterne, Quarksterne, hybride Sterne und Zwillingssterne. Die mögliche Realisierung des Quark-Gluon-Plasmas im Inneren der kompakten Sterne wird diskutiert. Anhand von existierenden und zukünftig geplanten astrophysikalischen Beobachtungsmöglichkeiten (z.B. Gravitationswellendetektoren) wird die experimentelle Überprüfbarkeit der dargestellten Ergebnisse aufgezeigt.
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