2. Explodieren oder Verpuffen Weiße Zwerge?
Abkürzungen: Supernova(e) SN, Weiße Zwerge WZ
Es geht um die wasserstofffreien SN vom Typ 1 a. Das müssen WZ sein, denn nur sie haben ihre Wasserstoffhülle abgestoßen und bestehen nur aus Kohlenstoff C und Sauerstoff O.
WZ haben etwa die Größe der Erde, aber die Masse unserer Sonne, also eine sehr große Dichte (einige Millionen Tonnen pro cm³). Als Kerne ehemaliger Riesensterne sind sie noch sehr heiß (etwa 50 000 Grad), aber sie strahlen wegen der geringen Größe nicht viel Energie ab. Sie werden stabilisiert durch ihre entarteten Elektronen. Die Atome sind alle wegen der hohen Temperatur ionisiert, das Elektronengas ist wie in einem Metall entartet. Das bedeutet einmal, dass der Druck unabhängig von der Temperatur ist. Der Entartungsdruck der Elektronen stabilisiert den WZ, wirkt also der Schwerkraft entgegen.
Und zum anderen bedeutet dass, das die Elektronen auf Abstand gehen müssen. Beides hängt zusammen:
Wie entsteht der Entartungsdruck? Entartete Elektronen dürfen sich nicht zu nahe kommen, da innerhalb eines kleinen Raumgebietes alle Elektronen unterschiedliche Eigenschaften haben müssen (wie die Elektronen in einem Atom). Drückt man sie dichter zusammen, gehen sie wieder auseinander. Das erscheint uns als Entartungsdruck.
Wenn sich WZ abkühlen, also ihre Atomkerne Bewegungsenergie verlieren, dann schrumpfen sie nicht, weil das entartete Elektronengas ihre Größe aufrecht erhält.
WZ kühlen also ab, ohne kleiner zu werden. Letztlich gilt das auch ähnlich für Metalle. Natürlich gibt es eine leichte Kontraktion, aber ein Stahlträger schrumpft beim Abkühlen nicht wie ein Gas zusammen.
Das Metall wird durch das Ionengitter groß gehalten, die Abkühlung merkt man an der Elektronen- und Ionenbewegung, der WZ wird durch das entartete Elektronengas groß gehalten, die Abkühlung merkt man an der Ionenbewegung.
Das alles funktioniert bei einem WZ bis zu einer Masse von etwa 1,44 Sonnenmassen (Chandrasekhar-Grenze). Ab dieser Masse ist das Gewicht größer als der Entartungsdruck und der WZ kollabiert.
Im nächsten Post klären wir, wie aus dem Kollaps eine Supernova wird.
Hier will ich nur auf zwei Szenarien eingehen, wie denn die Masse eines WZ zunehmen kann. In beiden muss der WZ in einem Doppelsternsystem stehen:
- Der WZ wird von einem anderen WZ umkreist und beide verschmelzen zu einem (zu massereichen) Körper. Das ist recht selten, aber passt zu Beobachtungen die seit 2020 gemacht werden. Damit das passiert müssen die beiden WZ sich so nahe umkreisen, das sie Gravitationswellen aussenden. Dadurch verlieren sie Bewegungsenergie und sie nähern sich immer mehr an. Dabei wird die Abstrahlung von Gravitationswellen stärker und die Annäherung nimmt zu, bis zur Verschmelzung.
- Der WZ umkreist einen Stern, der sich zu einem Riesnestern aufbläht. Dabei fließt ein beachtlicher Teil der Gashülle des Riesen auf den WZ rüber und vergrößert dessen Masse. Bis der WZ über 1,44 Sonnenmassen hat und instabil wird...
In beiden Fällen wird der WZ zur SN. Aber explodiert oder verpufft er?
Darum geht es im nächsten Post dieser Reihe.
Bild (So kann man sich zwei verschmelzende WZ vorstellen, Reindl, Uni Potsdam)
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