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, das Endstadium sonnenähnlicher Sterne. Beurteilen Sie einen weißen Zwergstern jedoch 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, der gefunden wurde. 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 die gleiche Masse wie unsere Sonne zu stopfen, was sie viel dichter macht. Das starke Gravitationsfeld von Sirius B ist 350.000 Mal größer als das der Erde, was bedeutet, dass eine 68 kg schwere Person 25 Millionen kg auf ihrer Oberfläche wiegen würde!

Eine derart hohe Dichte wurde vor einem Jahrhundert von der wissenschaftlichen Gemeinschaft für unmöglich gehalten, was Arthur Eddington nach der Entdeckung eines solchen weißen Zwergs gut umschrieb:

Wir lernen die Sterne kennen, indem wir die Botschaften empfangen und interpretieren, die ihr Licht uns bringt. Die Botschaft des Gefährten von Sirius, als er 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 man in eine Streichholzschachtel stecken könnte. “ Welche Antwort kann man auf eine solche Nachricht geben? Die Antwort, die die meisten von uns 1914 gaben, war: „Halt die Klappe. Rede keinen Unsinn. "

# 2: Je massiver ein weißer Zwerg ist, desto geringer ist seine Größe!

Nach der roten Riesenbühne und dem Ablösen aller äußeren Gasschichten ist der übrig gebliebene Kern sonnenähnlicher Sterne nicht in der Lage, Materie zu verschmelzen, um Licht und Energie freizusetzen. Die Schwerkraft übernimmt somit die Elektronen in solchen Sternen und stopft sie zusammen, um die hohe Dichte zu erhalten, für die sie bekannt sind. Je höher die Schwerkraft aufgrund der höheren Masse, desto stärker das Quetschen.

Weiße Zwergsterne, die vom Hubble-Weltraumteleskop abgebildet werden. Quelle: Wikipedia

Damit die Schwerkraft einen Weißen Zwerg noch weiter komprimieren kann, müssen alle Elektronen gezwungen werden, alle verfügbaren Räume (Energiezustände) einzunehmen. Darüber hinaus lässt die Quantenmechanik nicht zu, dass die Schwerkraft den Stern mehr komprimiert: Das Ausschlussprinzip von Pauli besagt, dass keine zwei Elektronen denselben Energiezustand einnehmen können. Diese Obergrenze für die Schwerkraft, die einen weißen Zwerg zerquetschen kann, ergibt die maximale Masse, die er haben kann, die als Chandrasekhar-Grenze bekannt ist. Der massereichste weiße Zwergstern ist somit der kleinste, den es gibt.

# 3: Weiße Zwerge können tatsächlich Supernova werden!

Weiße Zwergsterne kommen manchmal in engen binären Systemen 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 es Materie vom Begleiter ein!

Ein weißer Zwergstern, der Materie von einem Begleitstern zieht 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 diskutiert), führt dies zu einer außer Kontrolle geratenen Detonation der Kohlenstofffusion, die dazu führt, dass der gesamte Stern in Sekundenschnelle zur Supernova wird und den gesamten Stern zerstört.

# 4: Weiße Zwerge können auch Pulsare sein!

Der weiße Zwergstern AR Sco hat ein 100 Millionen Mal stärkeres elektromagnetisches Feld als das der Erde und dreht sich in nur 2 Minuten um sich selbst. Solch ein starkes Magnetfeld erzeugt intensive leuchtturmartige Strahlungen und Partikel, die auf den begleitenden roten Zwergstern schießen, um dort einen enormen elektrischen Strom zu erzeugen.

Eine solche stark polarisierte Strahlungsemission, die durch das 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 sind zwei dichte weiße Zwerge in einem Spiraltanz umeinander eingeschlossen, wobei jede Umlaufbahn nur 5 Minuten dauert. Sie werden schließlich zusammenfallen und einen noch dichteren Neutronenstern bilden, da die Umlaufbahn dank der Gesetze der allgemeinen Relativitätstheorie kontinuierlich zerfällt. Dadurch werden Gravitationswellen freigesetzt, wie hier dargestellt:

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

Es wird erwartet, dass dieses System eine der hellsten Quellen für Gravitationswellen ist, die dem Menschen bekannt sind, und ein Hauptziel für das bevorstehende LISA für das Gravitationswellenraum-Observatorium 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, bedeutet ihre kleine Oberfläche, dass sie sehr langsam abkühlen und somit lange heiß bleiben. Je kühler ein weißer Zwergstern wird, desto länger dauert es, sich weiter abzukühlen, wie bei einer Tasse Kaffee. 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 rot wird und zu sterben beginnt.

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 das Alter des Universums anhand des Abkühlungsstadiums der ältesten weißen Zwerge 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 Physik zu testen.

Von der Untersuchung einer Art von Supernovae über die Bestimmung des Alters des Universums bis hin zur künftigen Beobachtung von Gravitationswellen sind weiße Zwerge von einzigartigem wissenschaftlichem Wert.

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