Von Weißen Zwergen,Neutronensternen und schwarzen Löchern

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Deine Vermutung ist richtig. Ein Neutronenstern kollabiert deshalb nicht weiter, weil das Pauli-Prinzip verbietet, dass zwei Fermionen (hier: Neutronen) sich am gleichen Ort befinden. Eine kleine Ungenauigkeit gibt es aber: Die Chandrasekhar-Grenze ist die Grenzmasse eines Weißen Zwergs, nicht eines Neutronensterns. Um zu verstehen, wie das alles funktioniert, braucht man den Begriff der Entartung. Eine Ansammlung von gleichartigen Teilchen heißt entartet, wenn Druck und Dichte so hoch sind, dass quantenmechanische Effekte eine Rolle spielen.

Wie ist nun die Lage bei Weißen Zwergen, Neutronensternen und Schwarzen Löchern? Der Großteil der Weißen Zwerge besteht aus Kohlenstoff- und Sauerstoffkernen, die nicht entartet sind, sowie entartetem Elektronengas. Die C- und O-Kerne sind kalt, es gibt keine Kernfusion, aber das Elektronengas ist heiß und baut den Entartungsdruck auf, der den Weißen Zwerg vom Kollaps bewahrt. Ist die Chandrasekhar-Grenzmasse überschritten, dann überwiegt die Gravitation den Entartungsdruck und das ganze Ding explodiert in einer Supernova vom Typ 1A, wobei kein Schwarzes Loch o.Ä. übrig bleibt.

Neutronensterne sind ein gutes Stück dichter als Weiße Zwerge, hier sind die Elektronen in die Protonen der Kerne "gepresst" und so ist das ganze Ding eine Riesenansammlung von Neutronen. Analog zu den Elektronen im Falle der Weißen Zwerge sind die Neutronen entarten, üben Entartungsdruck aus und so kommt es, dass der Neutronenstern nicht kollabiert. Nachdem der Entartungsdruck der Neutronen anders ist, als der der Elektronen, kann ein Neutronenstern massereicher oder -ärmer werden, die maximale Masse ist also nicht mehr die Chandrasekhar-Masse sondern die sog. Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenzmasse. Wie groß die Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenzmasse denn nun ist, ist noch nicht klar.

Ich hab mich über den Mechanismus, der zum Entartungsdruck führt ausgeschwiegen, bei Bedarf kann ich aber auch etwas darüber erzählen.

Eins versteh ich trotzdem noch nicht:Warum explodiert der Stern,wenn die Gravitation den Entartungsdruck überwiegt?Müsste er sich nicht zusammenziehen? Und wenn es dir nichts ausmacht würde ich gern auf dein Angebot eingehen ;)

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@Horropie

Der Punkt ist, dass der Stern zunächst zu kollabieren beginnt, dabei Druck und Temperatur plötzlich stark ansteigen und die nukleare Reaktion der C- und O-Kerne losgeht. Die baut aus dem Inneren heraus einen Gegendruck auf. Die äußeren Schichten prallen an der von innen kommenden Druckwelle ab und entweichen dem Gravitationsfeld, auf der anderen Seite ist nun die gebundene Gesamtmasse (also die noch nicht abgeprallten inneren Schichten) so gering, dass auch sie durch den hohen Druck auseinandergerissen wird. Ich hoffe, dass ich da nichts durcheinander bringe, könnte auch total daneben liegen (hab mit einem Partner zusammen eine Hausarbeit über Supernovae des Typs 1A geschrieben und die Explosion war sein Teil ;)). In Wirklichkeit ist alles sehr viel komplizierter und es sieht so aus, als wäre noch keine endgültige Antwort gefunden. Wenn du Lust hast, kannst du dir dazu unsere Hausarbeit anschauen, der Explosionsteil ist recht qualitativ: https://dl.dropbox.com/u/1507406/hausarbeit_SN1A.pdf (das wären Kapitel 2.1 bis 3.1).

Zum Aufbau des Entartungsdrucks: Ich hab mir gerade nochmal die Herleitung angeschaut (Kapitel 1.2) und irgendwie lässt sie sich nicht wirklich in Worte fassen... Aber ich versuch das mal. Die Idee ist, dass die Impulse der Elektronen quantisiert sind, weil sie sich in einem beschränkten Volumen aufhalten und kalt sind (das habe ich im ursprünglichen Beitrag falsch geschrieben, die Elektronen sind so kalt wie sie nur sein können, sie besetzen die niedrigst möglichen Energiezustände).

Wenn wir das Ganze eindimensional betrachten und der Weiße Zwerg hat die Ausdehnung L, dann sind für die Elektronen, die wir jetzt als Materiewellen sehen, nur Wellenlängen von 2L (eine halbe Wellenlänge, also ein Buckel passt gerade in den Weißen Zwerg rein), 2L/2 (die ganze Wellenlänge, also ein Berg und ein Tal, passen rein), 2L/3, 2L/4, ... möglich, insgesamt also 2L/n. Der Impuls eines Elektrons ist aber umgekehrt proportional zur Wellenlänge, er geht also wie n/2L, genauer p=hn/2L, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum ist.

Der Clou ist nun: Der Impuls des n-ten Elektrons hängt von der Ausdehnung L des Weißen Zwergs ab, er ist gerade umgekehrt proportional zu L. Wenn L unter der Wirkung der Gravitation kleiner wird, dann wird der Impuls aller Elektronen größer, sie fangen an sich schneller zu bewegen und üben einen stärkeren Gegendruck aus.

Hoffe, das klingt einigermaßen überzeugend, leider stecken ein paar Annahmen drin (zum Beispiel der Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Impuls), die ich nicht auf die Schnelle begründen kann. Ansonsten frag einfach nach.

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Hallo Horropie! ;)

Du beziehst dich in deiner Frage auf gleich mehrere Gebiete. Ich werde dir deshalb noch einmal erzählen was mit Sternen passiert wenn sie ihr Leben beendet haben.

Ein Stern fusioniert in seinem inneren Wasserstoff zu Helium. Je größer ein Stern ist, desto mehr Materie drückt auf den inneren Kern. Je mehr Materie auf den inneren Kern drückt, desto heißer wird er. Je heißer der Kern wird, desto mehr Elemente können fusioniert werden. Es gibt deshalb Sterne die sind so schwer, dass sie Elemente bis zum Eisen fusionieren können. Ab dort ist aber Schluss denn Eisen ist zu schwer um weiter fusioniert zu werden!

Ein Stern unter 1,44 Sonnenmassen wird sein Leben weniger spektakulär beenden. Wenn sein Wasserstoff im Kern verbraucht ist, dann ist in den äußeren Hüllen noch lange nicht Schluss! Diese fusionieren weiter, was zu einer Ausdehnung des Sterns führt bis auch dort irgendwann der Wasserstoff verbraucht ist. Es entsteht innerhalb des Sterns ein unglaublich starker Druck, der dafür sorgt, dass die äußeren Hüllen des Sterns fortgeblasen werden und der eigentliche Kern zurück bleibt. Man nennt ihn Weißer Zwerg. Die abgestoßenen Hüllen sind als Planetarischer Nebel bekannt!

Ein Stern zwischen 1,44 und 3 Sonnenmassen explodiert als Supernova. Wenn ein Stern dieser Größe seinen Wasserstoff verbraucht hat geschieht etwas sehr spannendes. Der Kern dieses Sterns ist sehr schwer denn die Elemente die produziert wurden mussten aus großer Hitze entstehen, welche nur durch viel Masse erzeugt werden kann. Dieser innere Kern des Sterns besitzt also eine so große Schwerkraft, dass er sich unglaublich stark zusammenzieht. Er wird also kleiner. Bei diesem Vorgang werden die Elektronen in die Protonen hineingequetscht, was dazu führt, dass unser ehemaliger Kern nun vollständig aus Neutronen besteht.

Durch dieses starke zusammenziehen verlieren die äußeren Hüllen ihren Untergrund! Ihnen wird praktisch der Boden unter den Füßen weggezogen. Diese merken, dass sich der Kern verkleinert hat und stürzen nun mit 70.000 Kilometer pro Sekunde auf diesen im innern zusammengefallenen Kern der aus Neutronen besteht. Durch dieses heftige pulsieren entsteht ein großer Druck der aufgrund der starken Bewegungen der Hüllen mit Hitze verbunden ist. Es kommt zu einer Explosion und der Neutronenstern bleibt zurück! Fängt dieser Neutronenstern nun an sich zu drehen und an seinen beiden Polen regelmäßige Lichtblitze auszusenden nennt man ihn Pulsar.

Sterne über 3 Sonnenmassen enden als Schwarze Löcher! Alles findet genau so statt wie bei einer Supernova nur der zurückgebliebene Neutronenstern ist so schwer, dass er sich so stark zusammenzieht bis nicht einmal Licht aus ihm entkommt. Er ist ein Schwarzes Loch geworden!

Fragen über Fragen und die Antworten findest du in meinem Text! Ein Stern fällt nich sofort zu einem Schwarzen Loch zusammen, da es die Zentrifugalkraft gibt die entsteht wenn Masse rotiert! Sie wirkt gegen die Gravitation und sorgt dafür, dass ein Stern nicht sofort in sich zusammenfällt!

LG Pflanzengott! :)

Ich hab mir das Buch ebenfalls durchgelesen :) Ausser den Pronomen habe ich nichts verstanden :D

Ne Spaß, aber die Frage habe ich mir auch gestellt. Aber ich denke dass das noch passt, da sich in der Physik so schnell ncihts ändert, da eig keine großen Entdeckungen in letzter Zeit bekannt wurden. ...vermute ich mal :)

Doch deine meine Vermutung beruht darauf,dass ich das bereits im Internetz gelesen habe und es bereits eine Überarbeitung von Stephie selbst gibt :)

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