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NEXUS Magazin 69, Februar-März 2017

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Neutronensterne ähneln menschlichen Zellen

sterAstrophysiker können nur indirekt schlussfolgern, wie es im Innern einer kollabierten Supernova oder eines Neutronensterns aussieht. Aber vielleicht befindet sich ein vergleichbares System nur eine Mikroskoplänge entfernt. Bei der Simulation einer Neutronensternkruste konnten Theoretiker Merkmale identifizieren, die Ähnlichkeiten zu Eigenschaften von Zellmembranen aufweisen.

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Obwohl sich die Dichte von Neutronensternen und biologischen Membranen um 14 Größenordnungen unterscheidet, legen diese Beobachtungen nahe, dass ihre Strukturen von denselben geometrischen Prinzipien bestimmt werden.

Die äußere Schicht eines Neutronensterns besteht aus einer dichten Mischung von Protonen, Neutronen und Elektronen, in denen langfristige Abstoßungskräfte (Coulomb) mit kurzfristigen, starken Anziehungskräftenkonkurrieren. In Simulationen wird deutlich, dass das Gleichgewicht dieser Kräfte Materie dazu bewegt, sich in dichten, durch Leere voneinander getrennten Bereichen anzuordnen. Diese Strukturen – wegen ihrer förmlichen Ähnlichkeit zu Spaghetti und Lasagne auch „nukleare Pasta“ genannt – können die Wärmeabgabe und das Magnetfeld eines Sterns beeinflussen.

Ein Team um Professor Charles Horowitz von der Indiana University, Bloom­ington, hatte durch eine molekulardynamische Simulation die energieärmste „Pasta-Phase“ in dichter nuklearer Materie bereits vorausberechnet.

Zufällig war Dr. Greg Huber, Biophysiker und Assistenzprofessor an der University of California, Santa Barbara, beim Lesen eines Artikels über die Strukturen in Neutronensternen aufgefallen, dass eine davon erstaunliche Ähnlichkeit zu den Membranfalten des endoplasmatischen Retikulums aufweist, einem Teil der Zelle, der in die Faltung und den Transport von Proteinen involviert ist.

Die Forscher haben sich jetzt zusammengeschlossen, um herauszufinden, wie sich dieser Zustand aus gleichmäßig verteilten Protonen, Neutronen und Elektronen heraus selbst organisiert. Ihre Simulationen zeigen, dass sich die Teilchen in hoch verdichteten Fäden anordnen und sich anschließend in Schichten ausdehnen, die durch Paare rampenähnlicher Verbindungen miteinander verknüpft werden – ähnlich den Stockwerken eines Parkhauses.

Nachdem dieselben Strukturen in dichter nuklearer Materie und Biomembranen entdeckt worden waren, vermuteten die Forscher, dass die Energien beider Systeme auf eine einfache, universelle Weise von ihrer geometrischen Form abhängen.

Quelle: Physics.aps.org, Pressemitteilung vom 01.11.2016, http://tinyurl.com/zmhabyc

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