Weiße Zwergsterne, ihre verschiedenen Formen und ihr Wert für die Wissenschaft

Beurteilen Sie einen Weißen Zwerg nicht nach seiner Größe

Wenn unsere Sonne alt wird und ihre Größe abnimmt, bildet sie einen kleinen weißen Zwergstern, die Endstufe sonnenähnlicher Sterne. Beurteilen Sie einen weißen Zwergstern nicht nach seiner Größe!

# 1: Weiße Zwergsterne haben die Größe der Erde, aber die Masse einer Sonne

Sirius B ist einer der ersten weißen Zwerge, die gefunden wurden. Er hat lediglich die Größe der Erde und ist daher für einen Stern recht klein.

Weißer Zwergstern Sirius B im Vergleich zur Erde. Quelle: ESA

Und doch schafft es es, ungefähr dieselbe Masse wie unsere Sonne zu stopfen, wodurch es viel dichter wird. Das starke Gravitationsfeld von Sirius B ist 350.000-mal größer als das der Erde, was bedeutet, dass ein 68 kg schwerer Mensch 25 Millionen kg auf seiner Oberfläche wiegen würde!

Eine derart hohe Dichte wurde vor einem Jahrhundert von der wissenschaftlichen Gemeinschaft als unmöglich angesehen und von Arthur Eddington nach der Entdeckung eines solchen Weißen Zwergs freundlich umschrieben:

Wir lernen die Sterne kennen, indem wir die Botschaften empfangen und interpretieren, die ihr Licht zu uns bringt. Die Botschaft des Gefährten von Sirius, als sie entschlüsselt wurde, lautete: „Ich bin aus Material zusammengesetzt, das 3.000-mal dichter ist als alles, was Ihnen jemals begegnet ist. Eine Tonne meines Materials wäre ein kleines Nugget, das Sie in eine Streichholzschachtel stecken könnten. “Welche Antwort kann man auf eine solche Nachricht geben? Die Antwort, die die meisten von uns 1914 machten, war: „Halt die Klappe. Rede keinen Unsinn. "

# 2: Je massereicher ein Weißer Zwerg ist, desto geringer ist seine Größe!

Nach der roten Riesenbühne und dem Abscheiden aller äußeren Gasschichten kann der übrig gebliebene Kern sonnenähnlicher Sterne keine Materie miteinander verschmelzen, um Licht und Energie freizusetzen. Die Schwerkraft übernimmt somit die Elektronen und drückt sie in solche Sterne, um die hohe Dichte zu erreichen, für die sie bekannt sind. Je größer die Schwerkraft aufgrund der höheren Masse, desto größer die Zerkleinerung.

Weiße Zwergsterne, aufgenommen mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Quelle: Wikipedia

Damit die Schwerkraft einen Weißen Zwerg noch weiter komprimiert, müssen alle Elektronen alle verfügbaren Räume (Energiezustände) einnehmen. Darüber hinaus erlaubt die Quantenmechanik der Schwerkraft nicht mehr, den Stern zu komprimieren: Das Ausschlussprinzip von Pauli besagt, dass keine zwei Elektronen den gleichen Energiezustand einnehmen können. Diese Obergrenze für die Schwerkraft, die es ermöglicht, einen Weißen Zwerg zu zermalmen, gibt die maximale Masse an, die als Chandrasekhar-Grenze bekannt ist. Der massereichste weiße Zwergstern ist somit der kleinste um ihn herum.

# 3: Weiße Zwerge können tatsächlich Supernova werden!

Weiße Zwergsterne kommen manchmal in engen Binärsystemen vor, in denen der andere Stern weniger massereich ist als unsere Sonne. Aufgrund der Nähe dieser Sterne und der hohen Anziehungskraft des Weißen Zwergs zieht er Materie vom Begleiter ein!

Ein weißer Zwergstern, der einem Begleitstern Materie entzieht und eine Akkretionsscheibe bildet. Quelle: Wikipedia

Die Materie bildet eine Akkretionsscheibe um den Weißen Zwerg (aufgrund der Erhaltung des Drehimpulses) und beginnt mit enormen Energiemengen darauf zu fallen. Die einfallende Materie erhöht die Dichte des Weißen Zwergs. Wenn die Dichte die maximale Grenze für die Stabilität eines Weißen Zwergs überschreitet (wie oben beschrieben), führt dies zu einer außer Kontrolle geratenen Kohlenstoff-Fusionsdetonation, die den gesamten Stern in Supernova verwandelt und den gesamten Stern in Sekundenschnelle zerstört.

# 4: Weiße Zwerge können auch Pulsare sein!

Der weiße Zwergstern AR Sco hat ein 100 Millionen Mal stärkeres elektromagnetisches Feld als die Erde und dreht sich in nur 2 Minuten um sich selbst. Ein derart starkes Magnetfeld erzeugt intensive leuchtturmähnliche Strahlen und Partikel, die auf den dazugehörigen roten Zwergstern schießen und dort einen enormen elektrischen Strom erzeugen.

Eine derart stark polarisierte Strahlungsemission, die vom Magnetfeld des Sterns gesteuert wird, wurde bisher nur bei Neutronensternen beobachtet. Solche Sterne werden Pulsare genannt und jetzt haben auch weiße Zwerge den Anspruch auf diesen Ruhm.

# 5: Weiße Zwerge als helle Quelle von Gravitationswellen

1600 Lichtjahre entfernt tanzen zwei dichte weiße Zwerge spiralförmig umeinander. Jede Umlaufbahn dauert nur 5 Minuten. Sie werden schließlich zusammenfallen und einen noch dichteren Neutronenstern bilden, da die Umlaufbahn dank der Gesetze der allgemeinen Relativitätstheorie kontinuierlich zerfällt. Dies setzt Gravitationswellen frei, wie hier dargestellt:

Weiße Zwergsterne im Binärsystem RX J0806.3 + 1527 und ihr letztendliches Schicksal. Quelle: NASA

Es wird erwartet, dass dieses System eine der hellsten Quellen von Gravitationswellen ist, die dem Menschen bekannt sind, und ein Hauptziel für das bevorstehende Gravitationswellen-Weltraumobservatorium LISA sein wird.

# 6: Weiße Zwerge können verwendet werden, um das Alter des Universums zu bestimmen

Obwohl weiße Zwerge keine Materie miteinander verschmelzen, um Wärme und Licht zu erzeugen, implizieren ihre kleine Oberfläche, dass sie sehr langsam abkühlen und somit lange Zeit heiß bleiben. Je kühler ein weißer Zwergstern wird, desto länger dauert es, bis er wie eine Tasse Kaffee weiter abgekühlt ist. Da das Universum noch ziemlich jung ist, sind alle bekannten Weißen Zwerge noch ziemlich heiß und leuchten weiß. Es wird Milliarden von Jahren dauern, bis ein weißer Zwerg dunkelrot wird und anfängt zu sterben.

Da die Abkühlung mit der Zeit immer langsamer erfolgt, wird es Billionen von Jahren dauern, bis aus einem weißen Zwerg ein toter schwarzer Zwerg wird. Mit dem Hubble-Weltraumteleskop wurde anhand des Abkühlungsstadiums der ältesten weißen Zwerge das Alter des Universums bestimmt. Die Ergebnisse stimmten mit anderen Schätzungen von 13 bis 14 Milliarden Jahren überein.

Oh, und seismologische Beobachtungen eines Weißen Zwergs legen nahe, dass ihre Kerne wie Diamanten kristallisiert sind.

Fazit

Weiße Zwerge sind sehr interessant und ermöglichen es Wissenschaftlern, eine Vielzahl von physikalischen Eigenschaften zu testen.

Von der Untersuchung einer Art von Supernova über die Bestimmung des Alters des Universums bis hin zu einem zukünftigen Gravitationswellenobservatorium sind weiße Zwerge von einzigartigem wissenschaftlichen Wert.

PS: Ich habe ein Astrophysik-Forschungsprojekt an einem weißen Zwergstern in einem Doppelsternsystem durchgeführt und dessen Röntgenpulsationen untersucht. Das System ist faszinierend! : D