Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze

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Die Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze (TOV-Grenze) ist eine obere Schranke für die Masse von Neutronensternen, analog zur Chandrasekhar-Grenze für Weiße Zwerge.

Die Grenze wurde 1939 von Robert Oppenheimer und George Michael Volkoff auf der Grundlage der Arbeit von Richard C. Tolman berechnet. Sie nahmen an, dass die Neutronen eines Neutronensterns in Form eines kalten, entarteten Fermigases vorliegen. Daraus resultierte eine Grenzmasse von 0,71 Sonnenmassen (M☉).[1] [2] Moderne Abschätzungen liegen im Bereich von 1,5 bis 3,2 M☉.[3] Die Unsicherheit resultiert aus der Tatsache, dass die Zustandsgleichungen für Dichte hadronischer Materie bislang noch nicht genau bekannt sind. Im April 2013 gaben John Antoniadis und Mitarbeiter bekannt, dass ihre Untersuchungen des aus einem Neutronenstern und einem Weißen Zwerg bestehenden Doppelsternsystems PSR J0348+0432 eine Neutronensternmasse von 2,01 ± 0,04 M☉ ergaben.[4]

Unterhalb der TOV-Grenze wird das Gewicht des Neutronensterns durch kurzreichweitige Neutron-Neutron-Wechselwirkungen gestützt, die über die starke Wechselwirkung und den Entartungsdruck der Neutronen vermittelt werden. Oberhalb der Grenze kollabiert das Objekt direkt zu einem Schwarzen Loch.

Einige Astrophysiker vermuten jedoch, dass Neutronensterne oberhalb der TOV-Grenze zu einem Quarkstern kollabieren, falls sie durch den Quark-Entartungsdruck stabilisiert werden. Die Eigenschaften dieser hypothetischen entarteten Quarkmaterie sind noch weniger verstanden als die der entarteten Neutronenmaterie.

Mit der Ni-Lösung[5] der Einsteinschen Feldgleichung ergeben sich aber auch Neutronensternmodelle[6] , welche unbegrenzte Neutronensternmassen erlauben[7] [8] und zu einem Schalenkollapsar [9] bzw. einer „black shell"[10] mit internem Hohlraum[11] oder einem Wurmloch [12] führen. Die einzige Grenze wäre dann ein Schalenuniversum [13] , dessen Schalenstruktur ohne dunkle Materie oder dunkler Energie einzig durch die Raumzeitkrümmung erzeugt wird[14] .

  1. ↑ Richard C. Tolman: Static Solutions of Einstein's Field Equations for Spheres of Fluid. In: Physical Review. Band 55, Nr. 4, 15. Februar 1939, S. 364–373, doi:10.1103/PhysRev.55.364 . 
  2. ↑ J. R. Oppenheimer, G. M. Volkoff: On Massive Neutron Cores. In: Physical Review. Band 55, Nr. 4, 15. Februar 1939, ISSN 0031-899X , S. 374–381, doi:10.1103/PhysRev.55.374 . 
  3. ↑ Ignazio Bombaci: The maximum mass of a neutron star. In: Astronomy & Astrophysics . 305. Jahrgang, 1996, S. 871–877, bibcode:1996A&A...305..871B (englisch). 
  4. ↑ John Antoniadis et al.: A Massive Pulsar in a Compact Relativistic Binary. In: Science . 340. Jahrgang, 2013, doi:10.1126/science.1233232 (englisch). 
  5. ↑ Jun Ni: Solutions without a maximum mass limit of the general relativistic field equations for neutron stars. In: Science China Physics, Mechanics and Astronomy. Band 54, Nr. 7, Juli 2011, ISSN 1674-7348 , S. 1304–1308, doi:10.1007/s11433-011-4350-9 . 
  6. ↑ J. P. Sharma: Neutron-star models in Ni's theory of gravity. In: Astrophysics and Space Science. Band 135, Nr. 2, 1987, ISSN 0004-640X , S. 409–415, doi:10.1007/BF00641576 . 
  7. ↑ Max Wallis: Stellar Collapse in Field Theories of Gravitation. 1. Januar 2010 (academia.edu [abgerufen am 6. Januar 2025]). 
  8. ↑ Luboš Neslušan: The Ni’s Solution for Neutron Star and Outward Oriented Gravitational Attraction in Its Interior. In: Journal of Modern Physics. Band 06, Nr. 15, 2015, ISSN 2153-1196 , S. 2164–2183, doi:10.4236/jmp.2015.615220 . 
  9. ↑ Trevor Marshall: The Shell Collapsar—A Possible Alternative to Black Holes. In: Entropy. Band 18, Nr. 10, 12. Oktober 2016, ISSN 1099-4300 , S. 363, doi:10.3390/e18100363 . 
  10. ↑ Kathleen A. Rosser: Thin Shells in General Relativity Without Junction Conditions: a Model for Galactic Rotation and the Discrete Sampling of Fields. In: viXra. 1. Oktober 2019 (semanticscholar.org [abgerufen am 6. Januar 2025]). 
  11. ↑ L. Neslušan: Outward oriented gravitational attraction in the innermost part of the compact objects – a new feature of relativistic gravity. In: Contributions of the Astronomical Observatory Skalnaté Pleso. Band 54, Nr. 3, 1. August 2024, ISSN 1335-1842 , doi:10.31577/caosp.2024543.49 . 
  12. ↑ Cecilia Bejarano, Ernesto F. Eiroa, Griselda Figueroa-Aguirre: Thin-shell wormholes in $$(2+1)$$-dimensional F(R) theories. In: The European Physical Journal C. Band 81, Nr. 7, Juli 2021, ISSN 1434-6044 , doi:10.1140/epjc/s10052-021-09463-4 . 
  13. ↑ Matthew R. Edwards: Shell Universe: Reducing Cosmological Tensions with the Relativistic Ni Solutions. In: Astronomy. Band 3, Nr. 3, 7. August 2024, ISSN 2674-0346 , S. 220–239, doi:10.3390/astronomy3030014 . 
  14. ↑ Dunkle Energie soll eine Täuschung sein, die auf Zeitverzerrung beruht. Abgerufen am 6. Januar 2025 (österreichisches Deutsch). 
Normdaten (Sachbegriff): GND: 112220552X (lobid, OGND , AKS )
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