Wissenschaft

Von Sternen zu weißen Zwergen: die Saga eines sonnenähnlichen Sterns

Weiße Zwerge sind merkwürdige Objekte. Sie sind klein und nicht sehr massiv (daher der „Zwerg“ -Teil ihrer Namen) und strahlen hauptsächlich weißes Licht aus. Astronomen bezeichnen sie auch als „entartete Zwerge“, weil sie wirklich die Überreste von Sternkernen sind, die sehr dichte, „entartete“ Materie enthalten.

Viele Sterne verwandeln sich im Rahmen ihres „Alters“ in weiße Zwerge. Die meisten von ihnen begannen als Sterne, die unserer eigenen Sonne ähnlich waren. Es scheint ziemlich seltsam, dass unsere Sonne sich irgendwie in einen seltsamen, schrumpfenden Mini-Stern verwandeln würde, aber es wird in Milliarden von Jahren geschehen. Astronomen haben diese seltsamen kleinen Objekte überall in der Galaxie gesehen. Sie wissen sogar, was mit ihnen passieren wird, wenn sie sich abkühlen: Sie werden zu schwarzen Zwergen.

Ein künstlerischer Eindruck eines weißen Zwergsterns im Orbit mit dem Pulsar PSR J2222-0137. Es ist vielleicht der coolste und dunkelste weiße Zwerg, der jemals identifiziert wurde. (Größere Version verfügbar unter: https://public.nrao.edu/images/non-gallery/2014/c-blue/06-23/ColdRemnant.jpg). B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

 

Das Leben der Sterne

Um die weißen Zwerge und ihre Entstehung zu verstehen, ist es wichtig, die Lebenszyklen der Sterne zu kennen. Die allgemeine Geschichte ist ziemlich einfach. Diese riesigen kochenden Kugeln aus überhitzten Gasen bilden sich in Gaswolken und leuchten durch die Energie der Kernfusion. Sie verändern sich im Laufe ihres Lebens und durchlaufen verschiedene und sehr interessante Phasen. Sie verbringen den größten Teil ihres Lebens damit, Wasserstoff in Helium umzuwandeln und Wärme und Licht zu erzeugen. Astronomen zeichnen diese Sterne in einem Diagramm auf, das als Hauptsequenz bezeichnet wird und zeigt, in welcher Phase sie sich in ihrer Entwicklung befinden.

Die Sonne wird sich eines Tages zu einem weißen Zwerg entwickeln. NASA / SDO

Sobald Sterne ein bestimmtes Alter erreicht haben, treten sie in neue Phasen der Existenz über. Letztendlich sterben sie auf irgendeine Weise und hinterlassen faszinierende Beweise über sich. Es gibt einige wirklich exotische Objekte, zu denen sich wirklich massive Sterne entwickeln, wie Schwarze Löcher und Neutronensterne. Andere beenden ihr Leben als eine andere Art von Objekt, das als weißer Zwerg bezeichnet wird.

 

Einen weißen Zwerg erschaffen

Wie wird aus einem Stern ein weißer Zwerg? Sein Entwicklungsweg hängt von seiner Masse ab. Ein massereicher Stern – einer mit der acht- oder mehrfachen Sonnenmasse während der Zeit, in der er sich in der Hauptsequenz befindet – explodiert als Supernova und erzeugt einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch. Unsere Sonne ist kein massereicher Stern, daher werden sie und Sterne, die ihr sehr ähnlich sind, zu weißen Zwergen, und dazu gehören die Sonne, Sterne mit geringerer Masse als die Sonne und andere, die irgendwo zwischen der Masse der Sonne und der von liegen die Überriesen.

Massive Sterne sterben bei Supernova-Explosionen wie dieser. Die Reste dieses Sterns bilden keinen weißen Zwerg, sondern haben einen rotierenden Neutronenstern namens Pulsar erzeugt. Blick des Hubble-Weltraumteleskops auf den Überrest der Krebsnebel-Supernova. NASA / ESA / STScI

Sterne mit geringer Masse (solche mit etwa der Hälfte der Sonnenmasse) sind so leicht, dass ihre Kerntemperaturen nie heiß genug werden, um Helium zu Kohlenstoff und Sauerstoff zu verschmelzen (der nächste Schritt nach der Wasserstofffusion). Sobald der Wasserstoffbrennstoff eines Sterns mit geringer Masse aufgebraucht ist, kann sein Kern dem Gewicht der darüber liegenden Schichten nicht mehr widerstehen, und alles kollabiert nach innen. Was vom Stern übrig bleibt, wird dann zu einem weißen Heliumzwerg komprimiert – einem Objekt, das hauptsächlich aus Helium-4-Kernen besteht

Wie lange ein Stern überlebt, ist direkt proportional zu seiner Masse. Die massearmen Sterne, die zu heliumweißen Zwergsternen werden, würden länger als das Alter des Universums brauchen. um ihren endgültigen Zustand zu erreichen. Sie kühlen sehr, sehr langsam ab. Daher hat noch niemand gesehen, dass man sich tatsächlich vollständig abgekühlt hat, und diese seltsamen Stars sind ziemlich selten. Das heißt nicht, dass sie nicht existieren. Es gibt einige Kandidaten, aber sie treten normalerweise in binären Systemen auf, was darauf hindeutet, dass eine Art Massenverlust für ihre Entstehung oder zumindest für die Beschleunigung des Prozesses verantwortlich ist.

 

Die Sonne wird ein weißer Zwerg

Wir tun viele anderen weißen Zwerge sehen gibt , die ihr Leben als Stars begannen eher wie die Sonne Diese weißen Zwerge, auch als entartete Zwerge bekannt, sind die Endpunkte von Sternen mit Hauptsequenzmassen zwischen 0,5 und 8 Sonnenmassen. Wie unsere Sonne verbringen diese Sterne den größten Teil ihres Lebens damit, Wasserstoff in ihren Kernen zu Helium zu verschmelzen.

Unser Stern wird auf dem Weg zu einem weißen Zwerg, der von einem planetarischen Nebel umgeben ist, zu einem roten Riesen anschwellen. B. Jacobs / Wikimedia Commons

Sobald ihnen der Wasserstoff ausgeht, komprimieren sich die Kerne und der Stern dehnt sich zu einem roten Riesen aus. Es erwärmt den Kern, bis Helium zu Kohlenstoff verschmilzt. Wenn das Helium ausgeht, beginnt der Kohlenstoff zu verschmelzen, um schwerere Elemente zu erzeugen. Der Fachbegriff für diesen Prozess ist der „Triple-Alpha-Prozess“: Zwei Heliumkerne verschmelzen zu Beryllium, gefolgt von der Fusion eines zusätzlichen Heliums, das Kohlenstoff erzeugt.)

Sobald das gesamte Helium im Kern verschmolzen ist, wird der Kern wieder komprimiert. Die Kerntemperatur wird jedoch nicht heiß genug, um Kohlenstoff oder Sauerstoff zu verschmelzen. Stattdessen „versteift“ es sich und der Stern tritt in eine zweite  rote Riesenphase ein. Schließlich werden die äußeren Schichten des Sterns sanft weggeblasen und bilden einen planetarischen Nebel. Zurück bleibt der Kohlenstoff-Sauerstoff-Kern, das Herz des Weißen Zwergs. Es ist sehr wahrscheinlich, dass unsere Sonne diesen Prozess in einigen Milliarden Jahren beginnen wird.

1024px-M57_The_Ring_Nebula.JPG
Im Herzen des Ringnebels befindet sich ein weißer Zwerg. Dies ist ein Hubble-Weltraumteleskopbild. Der Ringnebel besteht aus einem weißen Zwerg in der Mitte einer sich ausdehnenden Schale von Gasen, die vom Stern ausgestoßen werden. Es ist möglich, dass unser Stern so endet. NASA / ESA / STScI.

 

Der Tod der weißen Zwerge: Schwarze Zwerge machen

Wenn ein Weißer Zwerg keine Energie mehr durch Kernfusion erzeugt, ist er technisch gesehen kein Stern mehr. Es ist ein herausragender Überrest. Es ist immer noch heiß, aber nicht von der Aktivität in seinem Kern. Stellen Sie sich die letzten Lebensabschnitte eines Weißen Zwergs eher wie die sterbende Glut eines Feuers vor. Mit der Zeit wird es abkühlen und schließlich so kalt werden, dass es zu einer kalten, toten Glut wird, was manche als „schwarzer Zwerg“ bezeichnen. Noch ist kein bekannter Weißer Zwerg so weit gekommen. Das liegt daran, dass es Milliarden und Abermilliarden Jahre dauert, bis der Prozess abläuft. Da das Universum nur etwa 14 Milliarden Jahre alt ist, hatten selbst die ersten weißen Zwerge nicht genug Zeit, um sich vollständig abzukühlen und schwarze Zwerge zu werden.

 

Die zentralen Thesen

  • Alle Sterne altern und entwickeln sich schließlich aus ihrer Existenz heraus.
  • Sehr massive Sterne explodieren als Supernovae und hinterlassen Neutronensterne und Schwarze Löcher.
  • Sterne wie die Sonne werden sich zu weißen Zwergen entwickeln.
  • Ein weißer Zwerg ist der Rest eines Sternkerns, der alle seine äußeren Schichten verloren hat.
  • Kein weißer Zwerg hat sich in der Geschichte des Universums vollständig abgekühlt.

 

Quellen

  • NASA , NASA, Imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/dwarfs1.html.
  • „Stellar Evolution“, www.aavso.org/stellar-evolution.
  • “Weißer Zwerg | KOSMOS.“ Zentrum für Astrophysik und Supercomputing , astronomy.swin.edu.au/cosmos/W/white zwerg.

Herausgegeben von Carolyn Collins Petersen .

Similar Posts

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.