Warum haben Neutronensterne ein so starkes Magnetfeld wenn sie aus ungeladenen Neutronen bestehen?

[Frank]

Kürzlich hat man mir eine sehr interessante Frage gestellt: Warum hat ein Neutronenstern so ein enorm starkes Magnetfeld? Er besteht doch nur aus ungeladenen Neutronen?

http://scienceblogs.de/astrodicticum-si ... -bestehen/

Sehr lesenwerter Artikel meiner Meinung nach.

[belgariath]

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex

Das Magnetfeld wird von den Elektronen, Protonen und den ionisierten Atomkernen in den äußeren Schichten des Neutronensterns erzeugt. Und es ist deswegen so stark, weil so ein Neutronenstern enorm schnell rotiert.

Meines Wissens nach ist aber der Grund für das extrem starke Magnetfeld nicht die schnelle Rotation, sondern die extrem hohe Leitfähigkeit der Neutronenstern-Materie. Die führt dazu dass extrem starke elektrische Ströme im Stern fließen können und praktisch keinen Widerstand haben und somit über Jahrtausende fast konstant bleiben.
Beispiel Magnetare: Diese Neutronensterne haben ein extrem starkes Magnetfeld (über 10¹⁰ T), haben aber meist große Umdrehungsdauern, d. h. sie rotieren langsam.

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex

Vor allem haben wir noch immer nicht verstanden, wie genau sich die Materie im Kern eines Neutronensterns verhält. Dort könnte die Materie in Form anderer Teilchen vorliegen, die ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat bilden, also einem Aggregatzustand der in unserem Alltag nicht vorkommt und bei dem alle Teilchen den selben quantenmechanischen Zustand haben.

Keine Ahnung ob Gluonen im Neutronenstern als Bose-Einstein-Kondensat vorliegen können. Quarks, Neutronen, Protonen, Elektronen und Myonen können es jedenfalls nicht, denn das sind alles Fermionen für die die Fermistatistik gilt. Fermionen können kein Bose-Einstein-Kondensat bilden, sondern vielmehr ein Fermigas. Dass Neutronen im Neutronenstern als Fermigas vorliegen ist ja der Grund für die Stabilität der Neutronensterne. Der Fermidruck hält gegen die Gravitation Stand.

[gravi]

Beim Kollaps eines Sterns bleibt ja zunächst einmal das Magnetfeld erhalten (so ziemlich jeder Stern dürfte eines haben). Durch die enorme Kontraktion steigt dessen Stärke natürlich ungeheuer an. Zudem haben wir hier ja Dynamoeffekte zu verzeichnen, so ist z.B. der äußere Kern aus Neutronen und Protonen aufgebaut, die dort supraflüssig bzw. supraleitfähig sind.

Gruß
gravi

[Skeltek]

Neutronen sind nicht ungeladen. Sie sind lediglich elektrisch nach Außen neutral!

Eine elektrische Spule ist auch elektrisch neutral, trotzdem können die Ströme darin ein Magnetfeld induzieren.
Das ist so ähnlich wie ein Glas Luft. Obwohl der Druck des Gases im Glas gleich dem Außendruck ist, also im Weitesten Sinne neutral, kann trotzdem Schall durch das Gas propagieren (schlechter Vergleich).
Neutronen sind soweit ich es in Erinnerung habe Innen und Außen elektrisch negativ mit einem positiv geladenen Mantel dazwischen.
Neutronen haben deshalb auch ein Dipol-Moment.
Das gibt ihnen sogar extrem exotische Eigenschaften welche zum Teil wichtiger für den aufbau eines Atomkerns sein können als die von Protonen und Elektronen. Zum Beispiel bricht das Standarmodel bei Berylium-Isotopen zusammen, da diese sich auf Grund der Neutronen anders verhalten als vom Standard-Model vorausgesagt.
Es gibt auch Bemühungen die Ladungsverteilung von Neutronen genauer zu untersuchen, allerdings ist das sehr aufwendig, da eine konventionelle Messung mit Dipol-basierte Mess-Apparaten praktisch nicht möglich ist.
Der erstbeste Link des Keyword-Crawling-Demon (googeln kann man ja bei anderen Suchanbietern nicht sagen^^) war z.B.
https://www.springerprofessional.de/mec ... ns/6592206
-> Im Neutron ist also sehr wohl Ladung enthalten, es ist nur nach außen hin neutral.

Übrigens kann man nicht nicht einmal sagen, ob das Universum elektrisch neutral ist: Die einzige Informationsquelle welche wir anzapfen können sind die elektrischen Differentiale ohne bekanntes Nullniveau.
Wäre das gesammte Universum positiv geladen, würde das innerhalb des Universums keine Sau merken.

[tomS]

Neutronen sind nicht ungeladen. Sie sind lediglich elektrisch nach Außen neutral!

Neutronen sind ungeladen.

Neutronen haben deshalb auch ein Dipol-Moment.

Neutronen haben kein Dipolmoment; weder sagt das Standardmodell eines voraus, noch gibt es experimentelle Hinweise.

Es ist einfach so, dass ein Neutronenstern nicht ausschließlich aus Neutronen besteht, sondern dass auch Phasen extrem kompakter Kernmaterie aus Protonen, Neutronen und freien Elektronen, d.h. mit freien Ladungsträgern und hoher Leitfähigkeit existieren.

[Skeltek]

Neutronen sind nicht ungeladen. Sie sind lediglich elektrisch nach Außen neutral!

Neutronen sind ungeladen.

Die Gesamtladung ist Null.

Neutronen haben deshalb auch ein Dipol-Moment.

Neutronen haben kein Dipolmoment; weder sagt das Stabdardmodell eines voraus, noch gibt es experimentelle Hinweise.

Kopfschmerzen, deshalb geh ich nicht viel mehr darauf ein außer mit einem Quote:

The Standard Model of particle physics predicts a tiny separation of positive and negative charge within the neutron leading to a permanent electric dipole moment.[51] The predicted value is, however, well below the current sensitivity of experiments. From several unsolved puzzles in particle physics, it is clear that the Standard Model is not the final and full description of all particles and their interactions. New theories going beyond the Standard Model generally lead to much larger predictions for the electric dipole moment of the neutron. Currently, there are at least four experiments trying to measure for the first time a finite neutron electric dipole moment, including:

Sowohl das derzeitige Standardmodel als auch neuere weiterführende Theorien sagen eine minimalste Diskrepanz der Mittelpunkte der positiven und negativen Neutronenladungen voraus.
Der Standard, das Neutron sei völlig ohne Ladung und habe überhaupt kein elektrisches Dipol-Moment, ist glaube ich (zumindest nach meinem Wissensstand) seit mindestens ca 6-8 Jahren veraltet.
Übrigens sind Neutronen auch elektrisch polarisierbar.

Aber nach dem Ausschweifen im Bezug auf Neutronen habe ich die eigentliche Frage gar nicht beantwortet gehabt:
Neutronensterne bestehen nicht ausschließlich aus Neutronen. Der Zustand des Materials im Kern ist in wissenschaftlichen Kreisen immer noch etwas strittig. Außen bestehen sie zum großen Teil aus Neutronen, Elektronen und Atomkernen. Die äußerste Kruste besteht nach allgemeiner Meinung sogar primär nur aus Ionen und Elektronen. Mehr als genug Spielraum also für elektrische Ströme.

[tomS]

Das elektrische Dipolmoment des Neutrons resultiert aus einer minimalen CP-Verletzung, d.h. aus der schwachen Wechselwirkung. Korrekt hätte ich schreiben müssen, dass das Dipolmoment im Rahmen der QCD exakt Null ist. Das ist entscheidend, denn viele Erweiterungen des Standardmodells sagen ein zu großes Dipolmoment voraus und scheiden deswegen aus.

Das Dipolmoment ist aber sicher zu klein, um die Magnetfelder erklären zu können. Diese resultieren einfach aus den freien Ladungsträgern = Elektronen, da der Neutronenstern eben nicht vollständig aus Neutronen besteht. Man muss demnach weder die schwache Wechselwirkung noch eine Erweiterung des Standardmodells bemühen.

[Skeltek]

Ja, so kann ich dem völlig zustimmen.
Dass das elektrische Dipol-Moment von Neutronen für die Erklärung nicht ausreicht war klar. Ich wollte nur das mit der elektrischen Ladungsfreiheit berichtigen.
Aber mal etwas Themenverwandtes:
Man hat es ja geschafft, Neutronen mit Hilfe von Elektromagnetismus kurzfristig auf 400 m/s zu beschleunigen; schließe deshalb eine physikalisch relevante Interaktion mit Elektromagnetismus nicht aus... wäre es aufgrund der minimalen CP-Verletzung deiner Meinung nach möglich, Neutronen so schnell in Rotation zu versetzen, dass sie einen kleinen magnetischen Dipol bilden?

[tomS]

Das sind doch zwei verschiedene Paar Schuhe. Bei der el.-mag. WW handelt es sich um die Polarisierbarkeit.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Polaris ... s_Nukleons

[Frank]

Nun,im Grunde haben wir doch noch überhaupt keine Ahnung was im Innern eines Neutronensternes stattfindet.
Was wir im Grunde machen ,würde man in der Justiz Indizienverkettung nennen.

[tomS]

"Überhaupt keine Ahnung" trifft sicher nicht zu

[Frank]

Wir schliessen von dem was wir wissen, auf mögliche Sznearien. Untersuchen werden wir es wohl nie können.
Obwohl da die Gravitations3wellen vielleicht helfen könnten......

[Skeltek]

Das sind doch zwei verschiedene Paar Schuhe. Bei der el.-mag. WW handelt es sich um die Polarisierbarkeit.
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Polaris ... s_Nukleons

Kannst du das noch ein wenig ausführlicher erläutern?
Was ist mit der magnetischen Suszeptibilität des inneren Kerns um die magnetische Flussdichte zu ergründen?
Neutronen:
Ferromagnetisch? - nein
Diamagnetisch? - nein?
Supraleitend bei dem hohen Druck? - keine Ahnung

In jedem Fall kommt nach meinem Wissensstand das Magnetfeld eines rotierenden Neutronensternes durch den Kollaps und die damit einhergehende Kontraktion zustande.
Somit wäre das Magnetfeld des Neutronensternes durch seinen eigenen Kollaps induziert. Inwieweit welche Bestandteile des Neutronensternes an der Speicherung des magnetischen Flusses beteiligt sind wäre was ich mich frage.
Dass das Elektronengas und die Nuclei daran beteiligt sind steht ausser Frage; inwieweit es die Neutronen tun habe ich keine Ahnung.

[tomS]

Ich wüsste nicht, wie neutrale Nukleonen einen maßgeblichen Anteil des Stromes ödes Magnetfeldes beisteuern sollen.

[Skeltek]

Beisteuern ist eher sehr unwahrscheinlich. Dachte es geht uns gerade um die Suszeptibilität bzw magnetische Permeabilität?
Die Genese bzw Initialinduktion des Magnetfeldes wird wohl über Ladungsträger stattfinden; wie konzentriert sich jedoch die magnetische Flussdichte danach in und um den Kern?
Ist eine Masse aus reinen Neutronen überhaupt in der Lage das Magnetfeld zu bündeln, verdrängen oder zu ignorieren?