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Samstag, 17.11.2018
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Kollaps oder Kernfusion

Supernovae haben zwei große stellare Energiequellen

Grundsätzlich ist die enorme Freisetzung von Energie, zu der es bei den zerstörerischen Supernovae-Ereignissen kommt, nur durch zwei große Energiequellen erklärbar: die gravitative Bindungsenergie und die nukleare Energie des stellaren Materials.

Gravitative Bindungsenergie wird frei, wenn der Kern eines massereichen Sterns nach Verbrauch seines nuklearen Brennstoffs in sich zusammenfällt und zu einem kompakten Objekt wird: einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch. Nukleare Energie wird frei, wenn Sternenmaterial aus leichten Kernen im sogenannten thermonuklearen Brennen in schwere Elemente umgewandelt wird.

Diese Simulation zeigt die Explosion eines Weißen Zwergs in einer Typ-1a-Supernova.

Weißer Zwerg als Ausgangsobjekt


Alle Klassen von Supernovae werden dem ersten Mechanismus zugeschrieben – mit Ausnahme der Typ-Ia-Supernovae. Beobachtungen deuten darauf hin, dass diese aus der Explosion Weißer Zwergsterne hervorgehen und somit ihre Energie aus thermonuklearem Brennen beziehen. Weiße Zwergsterne sind die vorläufigen Endstadien von Sternen mittlerer und geringer Masse. Bei ihnen zündet das Kohlenstoffbrennen nach der Fusion von Helium zu Kohlenstoff nicht, weil ihre Masse zu klein ist.

Weil die Energiequelle fehlt, verliert der Stern seine Stabilität, die durch thermischen Druck zustande kommt: Er stürzt zusammen, bis er etwa so groß wie ein Planet ist. Seine Masse aber ist immer noch vergleichbar mit der eines großen Sterns – somit wird die Dichte des Zwergsterns extrem hoch. Hier bewirkt ein quantenmechanischer Effekt – die sogenannte Entartung der Elektronen des stellaren Materials – eine Stabilisierung.

Dieses farbenfrohe Gebilde aus leuchtenden Gasen ist der Überrest der Typ-1-Supernova G299.

Wann explodiert er?


Diese Stabilität ist nicht mehr abhängig von endlichen Energievorräten wie beim thermonuklearen Brennen. Deshalb sind Weiße Zwergsterne im Prinzip stabil bis in alle Ewigkeit. Eine ebenso aktuelle wie fundamentale Frage der Supernovae-Physik ist: Wann und wie kann so ein Weißer Zwergstern trotz seiner Stabilität einen Zustand erreichen, in dem eine Explosion zündet und eine Typ-Ia-Supernova entsteht?

Brennstoff ist ausreichend vorhanden. Die Fusion des kohlenstoffreichen Materials des Sterns zu Elementen der Eisengruppe – deren Kerne am stabilsten gebunden sind und bei denen die Möglichkeit der Energiegewinnung durch Fusion endet – kann prinzipiell eine Energiemenge freisetzen, die ausreichen würde, um die Sonne auf die Geschwindigkeit von 10.000 Kilometer pro Sekunde zu beschleunigen.
Friedrich Röpke, Universität Heidelberg/ Ruperto Carola
Stand: 06.05.2016
 
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