Was ist der Unterschied zwischen einem weißen Zwerg und einem Neutronenstern?

Hallo,

in den Jahren 1834 bis 1844 versuchte der Direktor der Königsberger Sternwarte, Friedrich Wilhelm Bessel, durch genaue Positionsvermessungen die Entfernung des Sirius zu bestimmen, von dem vermutet wurde, daß er relativ nah im Vergleich zu anderen Sternen steht - so nah, daß man eine Parallaxe messen können müßte, wenn man zwischen den Messungen ein halbes Jahr verstreichen läßt. Immerhin hat die Erde in dieser Zeit ihre Position um 300 Mio km verschoben; so müßte nachzumessen sein, wie weit sich Sirius zum Hintergrund der viel weiter entfernten meisten Fixsterne scheinbar verschoben hat.

Ist diese Parallaxe genau vermessen, läßt sich daraus die Entfernung eines Objektes berechnen.

Die Parallaxenvermessung gelang; doch fiel Bessel auf, daß Sirius sich nicht geradlinig verschob, sondern in einer Art Schlangenlinie. Das konnte nur eins bedeuten:

Sirius mußte durch irgendetwas in seiner Bahn abgelenkt werden, durch einen bis dato unentdeckten, weil lichtschwachen Begleiter. Dieser Begleiter wurde dann 1862 tatsächlich durch den Optiker Alvan Clark entdeckt. Er bemerkte in unmittelbarer Umgebung des strahlend hellen Sirius ein Pünktchen, das nur mit einer Helligkeit von 8.5 m erscheint und deswegen vom etwa 10000 mal helleren Sirius überstrahlt wird und nur äußerst schwer zu entdecken war.

Aus der Tatsache, daß er etwa ebenso heiß wie Sirius und praktisch gleich weit entfernt wie dieser ist, ließ sich schließen, daß es sich um ein sehr kleines Objekt handelt, das nicht einmal Erdgröße erreicht, dabei aber, wie sich aus der Umlaufbahn leicht errechnen ließ, die Masse unserer Sonne besitzt, also 333000 Erdmassen.

Der erste Weiße Zwerg (Sirius B) war entdeckt.

Es handelt sich um ein spätes Stadium eines Sterns.

Hat ein Stern seinen Wasserstoffvorrat verbraucht, verbrennt er Helium, später Kohlenstoff und - bei massereichen Sternen - schwerere Elemente bis hin zu Eisen.

Hat ein Stern eine Masse von bis zu acht Sonnenmassen, fällt er nach Erschöpfung seines Brennstoffvorrates aufgrund der Gravitation und des fehlenden Gasdrucks in sich zusammen, nachdem er sich zunächst zu einem Roten Riesen aufgebläht und einen großen Teil seiner Masse in Form von Gas abgestoßen hat, bis er etwa Planetengröße erreicht. Er strahlt nur noch mit einem Zehntausendstel bis Zwanzigtausendstel der Helligkeit der Sonne und ist deswegen nur schwer zu entdecken, vor allem, wenn er wesentlich weiter als Sirius B von uns entfernt ist.

Heute weiß man, daß über 90 % aller Sterne als ein solch Weißer Zwerg enden, es handelt sich um Sterne bis zu acht Sonnenmassen, von denen ein Kern von etwa 0,5 bis 1,4 Sonnenmassen (die meisten haben 0,6) übrigbleibt. Die Grenze, benannt nach dem indischen Astronomen Chandrasekhar, beträgt 1,44 Sonnenmassen. Hat der Sternenrest mehr, zerreißt er in einer Supernova-Explosion. Die kritische Grenze kann ein Weißer Zwerg erreichen, wenn Materie von einem explodierenden massereichen Begleiter von ihm eingefangen wird.

Hat ein Stern mehr als acht Sonnenmassen, endet er in einer Supernova-Explosion, die einen Neutronenstern zurückläßt. Hat dieser Rest mehr als drei Sonnenmassen, entwickelt er sich sogar zu einem Schwarzen Loch, einem Objekt, das eine so hohe Schwerkraft besitzt, daß nicht einmal mehr Photonen entweichen können.

Ein Neutronenstern entsteht auch aus einem Stern, der im Gegensatz zum Vorläufer eines Weißen Zwergs allerdings eine Masse von mehr als acht Sonnenmassen besitzt.

Wenn so ein Stern seinen Wasserstoffvorrat verbraucht hat, verbrennt er danach der Reihe nach Helium, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Neon, Silizium, Schwefel, Kalium, Kalzium bis hin zu Eisen.

Dieser Sternenrest besteht aus Schalen, die im Innersten einen extrem dichten und heißen Kern aus Eisengas bestehen. (Temperatur: etwa 10 Mrd. Grad Celsius, Dichte: etwa 1000 Tonnen/ ccm.

Nun entsteht durch diese extreme Dichte Gammastrahlung, in der Photonen und Neutrinos entstehen. Da Neutrinos mit Materie praktisch nicht wechselwirken, durchdringen sie den Stern, als sei er für sie Luft. Dadurch wird dem Kern Energie entzogen, so daß er weiter zusammenfällt, bis er im Bruchteil einer Sekunde völlig kollabiert. Nun werden Protonen und Elektronen zusammengepreßt. Es entsteht eine Kugel aus Neutronenbrei, die nur noch einen Durchmesser von etwa 20 km besitzt, dabei aber so dicht ist, daß ein Kubikzentimeter von seiner Materie 100 Mio Tonnen wiegt.

Die Materie des Sterns, die auf diesen dichten Kern stößt, wird von diesem aufgrund seiner ungeheuren Dichte zurückgestoßen und weggesprengt.

Die Schockwelle von innen trifft auf Materie, die von außen in Richtung Kern stürzt.

Bis auf diesen dichten Kern endet der Stern in einer Supernovaexplosion, die kurzfristig die Helligkeit einer ganzen Galaxie erreicht.

Herzliche Grüße,

Willy

Neutronensterne sind Sternleichen, die aus dem Gravitationskollaps massereicher Sterne entstehen.

Neutronensterne haben nur Radien von etwa 15 km, aber Massen zwischen 1.4 und 1.8 Sonnenmassen.

Weiße Zwerge sind das Endstadium der Entwicklung relativ massearmer Sterne. Sie sind die heißen Kerne Roter Riesen, die übrig bleiben, wenn jene ihre äußere Hülle abstoßen. Voraussetzung dafür ist, dass die Restmasse unterhalb eines Schwellenwertes von 1,44 Sonnenmassen (der sog. Chandrasekhar-Grenze) liegt. Bei größerer Restmasse beendet der Stern sein Leben in einem Supernova-Ausbruch, der einen Neutronenstern oder (bei einer Kernmasse von mehr als 2½ Sonnenmassen) gar ein Schwarzes Loch zurücklässt.

Wenn eine Sonne "ausgebrannt" ist, fehlt der innere Gegendruck und die ganze Masse fällt durch die starke Gravitation in sich zusammen. Kleinere Sonnen enden als weißer Zwerg, d.h. als extrem dichte Materie, die langsam erkaltet.

Bei größeren Sonnen ist der Druck durch die Gravitation so stark, dass die Elektronen in die Atome hineingepresst werden, d.h. Protonen werden zu Neutronen, sodass der ganze Stern nur noch aus Neutronen besteht.

Bei ganz großen Sonnen über dem sog. Schwarzschildradius bleiben nicht einmal mehr die Neutronen übrig, die gesamte Masse verdichtet sich in einem extrem kleinen Punkt und bildet damit die Singularität eines schwarzen Lochs.

Bei einem Neutronenstern war die Gravitationskraft beim Zusammenbruch so groß, dass Protonen und Elektronen quasi zusammengepresst wurden und daraus Neutronen entstanden sind. Er besteht daher quasi nur aus Neutronen.

Bei einem Weißen Zwerg war die Gravitationskraft nicht so hoch. Er ist einfach nur ein sehr dichter Stern am Ende seines Lebensweges, der nun immer mehr erkalten wird.