Entstehung der neutronensterne als endstadium von sternen

Bei den letzten Phasen der Entwicklung gerät der Stern immer wieder in Gefahr die gravitative Anziehung nicht mehr im Gleichgewicht halten zu können und somit instabil zu werden. Bei sehr hohen Dichten und Temperaturen setzten dann Neutrinoprozesse ein, in denen Neutrinos ( Elementarteilchen ohne Ladung und möglicherweise ohne Masse bzw. sehr geringer Masse) und Antineutrinos aufgrund von Stößen von Elektronen mit Gammaquanten, irreversibel entstehen
e- +   e- +  + - .
Neutrinos besitzen aufgrund ihrer Eigenschaften eine geringe Wechselwirkung mit Materie, was dazu führt, daß sie Wärmeenergie vom Kern nach außen mitnehmen und somit der Stern instabil wird. Diese Instabilität führt zu einem Zusammenfall des stellaren Kerngebiets. Während die äußeren Schichten des Sterns zur Mitte tendieren, bildet sich eine nach außen gerichtete Stoßwelle aus, die die einfallenden Schichten in explodierende Materiebewegungen hinter der Stoßwelle verwandelt. Gegebenenfalls, dass durch die Stoßwelle genug Materie vom Kern ausgestoßen wurde, expandiert die restliche Kernmaterie ein wenig und bildet so einen Neutronenstern im Gleichgewichtszustand. Andernfalls bleibt die Materie ständig im Zustand des Zusammenfalls.
Die nächste Frage, die sich allerdings stellt ist, was im Neutronenstern selbst vorgeht. Der sowjetische Physiker Lew Landau untersuchte das Phänomen der dichten Materie im Neutronenstern. Landau bediente sich dabei der Theorie des entarteten Gases, welches die Fermionen bei sehr hohen Dichten bilden. Diese Theorie wurde unter anderen auf Grundlage des Paulischen Ausschließungsprinzips gebildet, welches besagt, dass sich die Fermionen eines Gases in unterschiedlichen Zuständen befinden müssen. Ein Zustand ist dabei im wesentlichen durch Lage und Impuls eines Teilchens bestimmt. Das bedeutet die Teilchen müssen sich an verschiedenen Stellen im Raum aufhalten, was auch bei "normalen" Gas keine Schwierigkeiten mit sich bringt, weil der Platz vorhanden ist. Jedoch herrscht bei dem entarteten Gas ein so starkes Gedränge, dass der mittlere Abstand der Teilchen mit atomaren Abständen vergleichbar wird, etwa mit der de-Broglie- Wellenlänge h/mv. Die Größe der einem Teilchen zugemessenen Phasenraum, kann nicht beliebig klein gemacht werden, weil eben aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation das Produkt aus Ortszellgröße x und Impulszellgröße p stets größer ist als das Plancksche Wirkungsquantum h
x . p  h
Werden die Fermionen zusammengedrückt, so sind die Teilchen gezwungen sich rascher zu bewegen, was nun wiederum wegen p= mv und der Tatsache, daß sich die Geschwindigkeiten im relativistischen Bereich befinden, zu sehr hohen Impulsen führt. Dieser hohen Impuls führt nun im entarteten Elektronengas zu einem hohen Druck.
Wird ein entartetes Elektronengas weiter komprimiert, so wächst die Anzahl der inversen -Zerfälle , bei denen Elektronen von den Kernen ( z.B energiearmes
56 Fe ) eingefangen werden und damit die Kerne auch neutronenreicher werden.
Gleichzeitig nimmt die Neutronenbindungsenergie der Kerne ab, und Neutronen gelingt es aus dem Kern auszubrechen und ein freies Neutronengas zu bilden.