Neutronenstern = schwarzes Loch?
Hallo, Wollte mal fragen ob ein stellares schwarzes Loch nicht im Grunde das gleiche ist wie ein Neutronenstern dessen Masse groß genug ist um selbst das licht anzuziehen. Oder gibt's noch weitere Unterschiede zwischen diesen beiden Objekten?
8 Antworten
HalloTeddyWestside82!
Räusper ... es kommt auf die Größe an, "size matters" ...
Beide Objekte sind Überbleibsel von Sternen, die von ihren Kenngrößen eine eher große Masse gemeinsam hatten. Bein Neutronenstern war die Masse des Sterns etwas geringer als beim Schwarzen Loch.
Neutronenstern:
Massivere Sterne, die in sich zwischen fünf- und vierzigmal soviel Masse vereinigen wie unsere Sonne, nehmen ein dramatisches Ende. Ist der Kernbrennstoff, aus dessen Verschmelzung sich ihr Leuchten speist, verbraucht, kommt es zu einer gigantischen Explosion, einer so genannten Supernova. Dabei wird zum einen die Hülle des Sterns ins All geschleudert, verbunden mit einem unvorstellbaren Aufleuchten.
Zum anderen stürzen die Kernregionen des Sterns immer weiter zusammen. Binnen weniger Sekunden hat ihre Dichte soweit zugenommen, dass herkömmliche Atome den Druck nicht mehr aushalten. Ihre Elektronen und Protonen vereinigen sich zu elektrisch neutralen Neutronen, und es entsteht ein unvorstellbar dichter Ball aus Kernmaterie, nicht viel mehr als 20 Kilometer im Durchmesser, aber mit größerer Masse als die Sonne: ein Neutronenstern.
Ein Teelöffelchen dieser Form von Materie hat eine Masse von rund 10 Milliarden Tonnen, das ist deutlich mehr als die Masse des Mont Everest.
Die Anziehungskraft ist 200 Milliarden mal stärker als auf der Oberfläche der Erde. Falls Dich das nicht weiter stören sollte, beachte aber, dass da oben der Unterschied der Gravitation zwischen Deinem Kopf und Deinen Füßen etwa 60 Millionen g beträgt. Wenn Du glaubst, dass Dich im Universum alles auf die gleiche Weise tötet, bedenke, dass die Oberfläche der Sonne auf nur etwa 6000 K bei einer Anziehungskraft von 27 g kommt.
Vergleichsweise also nichts.
Ebenso wie sich die Drehgeschwindigkeit eines Eiskunstläufers pirouettengerecht steigert, wenn er Arme und Beine anzieht, kann die Kontraktion des langsam rotierenden Sterninneren zur Entstehung eines Neutronensterns führen, der sich pro Sekunde einige hundert Mal um die eigene Achse dreht.
Wichtig ist, dass ein Zusammenspiel von Drehung, Magnetfeld und umgebenden Elementarteilchen im allgemeinen dazu führt, dass ein Neutronenstern leuchtturmgleich zwei scharf gebündelte Strahlen von Radiowellen aussendet. Ist der Stern so orientiert, dass einer seiner Radiostrahlen die Erde überstreicht, so tritt ein Leuchtturm-Effekt ein, man spricht von einem Pulsar: ein Objekt, das hochgradig regelmäßige Radiopulse aussendet.
Übrigens: Allein das Magnetfeld eines solchen Monsters ist stark genug, um Dir über die Entfernung Erde zu Mond hinweg die Schlüssel aus der Tasche zu ziehen ...
Schwarzes Loch:
Für noch massivere Sterne kann sich im Anschluss an die Supernova-Explosion eine zusammenstürzende Zentralregion ausbilden, in der selbst die Entstehung der Neutronenmaterie den Kollaps nicht aufhalten kann. Ein Schwarzes Loch entsteht, genauer gesagt: ein stellares Schwarzes Loch, das ein bis zehnmal soviel Masse besitzt wie unsere Sonne.
Von außen betrachtet ist dieses Schwarze Loch kein fassbares Objekt, sondern eine Raumregion, in die Materie zwar von außen hineinfallen, der aber nichts, was einmal hineingelangt ist, wieder entkommen kann. Grenze zwischen dieser Region und dem restlichen Weltall ist der so genannte Ereignishorizont oder Horizont. Im einfachsten Fall ist er wie eine Kugeloberfläche geformt, die im Raum schwebt. Was von außen durch diese Oberfläche tritt, kann sie nie mehr verlassen.
Von Schwarzen Löchern erreicht uns direkt kein Licht. Materie, die gerade damit beschäftigt ist hineinzufallen, kann aber sehr, sehr intensive Strahlung abgeben. Bei den supermassiven Schwarzen Löchern, die im Zentrum der meisten größeren Galaxien vorkommen, kann das ziemlich heftig werden. Solche Galaxien können dann recht leuchtkräftig werden, ihr Magnetfeld stellt auch interessante Sachen an. Gottseidank gehört unsere Milchstraße nicht zu diesen Typ von Galaxien. Ihr Schwarzes Loch im Zentrum ist nicht sehr "aktiv".
Könnte man nahe genug an Schwarze Löcher herangelangen, würden sich auch inaktive allerdings dadurch bemerkbar machen, dass sie das Licht von dahinterliegenden Objekten ablenkten.
Kleines Gedankenexperiment: Stephen Hawking prägte den plastischen Ausdruck der "Spaghettisierung. Wie oben beim Neutronenstern schon beschrieben (Unterschied der Gravitation zwischen Deinem Kopf und Deinen Füßen etwa 60 Millionen fach).
Das reicht mehr als üppig um Dich zu einem spaghetti-dünnen Gebilde in die Länge zu ziehen, wenn Du zu nahe dran bist: Spaghetti al Finito.
:-)
Die schwarzen Löcher haben nämlich noch mehr Masse ...
Frei bearbeitet nach:
http://www.einstein-online.info/einsteiger/loecher/
und
Nein, ein Neutronenstern ist ein kompaktes Objekt und der Endzustand eines Sternes mit 1,5 bis ca. 3,2 Sonnenmassen. Erst Sterne mit mehr als 3,2 Sonnenmassen (nach deren Ende als Supernova) kollabieren zu einem schwarzen Loch. Die untere Grenze von 1,6 Sonnenmassen wird auch als Chandrasekhar-Grenze bezeichnet. Unterhalb dieser Grenze wird aus den Sternen ein weißer Zwerg und es kommt auch nicht zu einer Supernova. Die Grenze von 3,2 Sonnenmassen wird als Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze bezeichnet. Erst Sterne mit wenigstens dieser Masse enden als schwarzes Loch.
Grundsätzlich besteht einen Neutronenstern aus so stark verdichtetem Material, dass ein Zuckerwürfel, der aus ebenso dichtem Material bestünde, mehr wiegen würde als beide Türme des ehemaligen World Trade Centers zusammen. Das Innenleben des Neutronensterns besteht dabei aus entarteter Materie (hauptsächlich Neutron-Proton-Ferminflüssigkeit und möglicherweise ein Quark-Gluon-Plasma). Der Kollaps des Neutronensterns zu einem schwarzen Loch wird dabei eigentlich nur noch durch den sogenannten Entartungsdruck verhindert, welcher aber ab etwa 3,2 Sonnenmassen auch nicht mehr ausreicht.
Welchen Zustand allerdings die Materie in einem schwarzen Loch hat, wissen wir nicht. Wir sind uns ja noch nicht einmal bei einem Neutronenstern oder hypotetischen Quarkstern wirklich sicher.
Wenn wir einem erdachten Neutronenstern mit 3,1 sonnenmassen Materie zuführen ( 0,2 sonnenmassen wären in dem fall ja ausreichend) würde aus diesem Neutronenstern ein schwarzes Loch werden oder?
Das ist wahrscheinlich auch der Normalfall: Der Neutronenstern umkreist einen Riesen, löst aus ihm Materie, die er kataklysmisch auch wieder verliert, bis er es einmal übertrieben hat :-)
So große Sterne Sterne, dass sie schon bei der Supernova zu Schwarzen Löchern werden, sinsd heutztage sehr selten...
Andererseits sind auch stellare (!) schwarze Löcher sehr selten. Über die Giganten in den Zentren von Galaxien besteht kein Zweifel, aber welches Stern große "Objekt" jetzt wirklich ein Schwarzes Loch ist, ist sehr schwer zu beweisen.....
Hi,
nein, das ist definitiv nicht der Fall. Schwarze Löcher und Neutronensterne sind grundverschieden, nicht nur was ihre Masse angeht, sondern auch den inneren Aufbau.
Neutronensterne wie auch stallare schwarze Löcher entstehen ja bekanntermaßen, wenn ein massereicher Stern kollabiert. Geschieht das, so wird die Materie im inneren komprimiert. Nun hat Materie die Eigenschaft einen inneren Gegendruck aufzubauen.
In der einfachsten Form ist das die Änderung des Aggregatzustandes: wenn man beispielsweise Gas komprimiert, wird es flüssig, bei noch stärkerer Komprimierung wird es fest usw. In großem Maßstab führt dieser Effekt dann dazu, das große Körper annähernd kugelförmig sind. Man spricht dann von einem hydrostatischem Gleichgewicht; die größten Körper aus normaler Materie sind und sich noch im Gleichgewicht befinden sind so genannte Braune Zwerge.
Bei Sternen jedweder Art ist das nicht so. Hier ist bereits so viel Masse vorhanden, dass der innere Gegendruck nicht mehr ausreicht, um dem gravitativen Kollaps entgegenzuwirken. Als Folge fällt die Materie immer mehr zusammen, bis schließlich die Kernfusion einsetzt. Erst wenn mit dieser Kernfusion der so genannte Strahlungsdruck einsetzt, wird der Stern stabil. Nun drückt nämlich das Licht, welches bei der Kernfusion entsteht die Materie wieder nach außen und verhindert so den weiteren Kollaps.
Womit wir wieder beim ursprünglichen Thema sind. Ist der Kernbrennstoff aufgebraucht, gibts auch keinen Strahlungsdruck mehr: Der Stern kann also wieder kollabieren. Ist er massearm, tut er das auf reichlich unspektakuläre Weise, indem er einfach wieder zusammenfällt. Der hieraus entstehende weiße Zwerg besteht allerdings nicht mehr aus normaler, sondern aus entarteter Materie. diese besteht nicht aus herkömmlichen Atomen und Molekülen, sondern aus dicht gestaffelten Ionen. Nun passiert etwas spannendes: bestimmte quantenmeschanische Gesetze verbieten den Teilchen, den gleichen quantenmechanischen Zustand einzunehmen. Als Folge entsteht der so genannte Fermidruck, welcher nun wiederum den Kollaps aufhält und so den weißen Zwerg stabilisiert.
Ist der Stern aber massereich genug, kommt es zur Supernova. Jetzt hier jeden einzelnen Vorgang während der Supernova zu erklären würde zu lange dauern, aber es reicht zu wissen, dass das innere des Stern zu stark komprimiert wird, als dass dort noch so etwas wie Atormkerne existieren könnten: Es entsteht also ein Neutronenstern. Allerdings ist das der Effekt, der den Neutronenstern stabilisiert derselbe: Der Fermidruck. der Unterschied besteht nur darin, dass dieser Druck hier maßgeblich von den Neutronen ausgeht und nicht von den Elektronen wie beim weißen Zwerg.
Und beim schwarzen Loch? Nun, hier gibt es keinen Druck, der noch irgendwas aufzuhalten vermag. Die Materie schrumpft unter ihrer eigenen Gravitation, bis ein "Ding" mit unendlich hoher Dichte entstanden ist, der Singularität. Je nach Gewicht krümmt diese Singularität die Raumzeit um sich herum, wobei mehr Masse auch ein größeres Raumgebiet beeinflusst. Aus diesem Gebiet erhalten wir keine Information und wissen auch nicht, was da passiert. Deshalb wird dasGebiet auch Ereignishorizont genannt.
So, habe fertig. Alles Gute.
Also ist es ein fließender Übergang? Wenn der Neutronenstern den schwellenwert überschreitet ist er ein schwarzes Loch?
Richtig. Genauer gesagt wird er zu einem Schwarzen Loch weil er erst nach Abschluss der SN zusammenfällt.
Hallo TeddyWestside82! :)
Nein das gleiche wie ein Schwarzes Loch ist ein Neutronenstern sicher nicht! Nach Abschluss der Supernova-Explosion muss der Neutronenstern die nötige Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze von 3 Sonnenmassen überschreiten um auch dem nun durch die stark verdichteten Neutronen entarteten Fermi-Druck paroli bieten zu können.
Der Neutronenkern fällt dann, Gewicht seiner Gravitation unter seiner eigenen Schwerkraft zusammen und kontrahiert bis die Fluchtgeschwindigkeit einen Wert von über 300 000 Km/s erreicht. Er ist dann zu einem unsichtbaren Schwarzen Loch geworden.
Man könnte also sagen, dass ein Neutronenstern der massereich genug ist (3 Sonnenmassen), sozusagen die Vorstufe für ein Schwarzes Loch bildet. Das beide Objekte dasselbe sind, ist vielleicht etwas übertrieben formuliert.
LG Pflanzengott! :)
Es kann sein, dass ich das falsch verstehe aber falls nicht kursiert das Gerücht schon etwas länger auf Gutefrage.net! Eine Supernova tritt derweil nur dann in Kraft wenn die Ausgangsmasse des Sterns 8 Sonnenmassen beträgt. Die von dir erwähnten Grenzen spielen nur nach Abschluss der SN eine Rolle. Oder du meintest das anders ich bin mir jetzt unsicher...
LG Pflanzengott! :)