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Ein weißer Zwerg ist das, was Sterne wie die Sonne werden, wenn sie erschöpft sind ihren Kernbrennstoff. Gegen Ende seiner nuklearen Brennphase stößt diese Art von Stern den größten Teil ihres äußeren Materials aus und bildet einen Planetarynebel. Nur der heiße Kern des Sterns bleibt übrig. Dieser Kern wird zu einem sehr heißen weißen Zwerg mit einer Temperatur von mehr als 100.000 Kelvin. Sofern er nicht von einem nahe gelegenen Stern stammt (siehe CataclysmicVariables), kühlt sich der weiße Zwerg in den nächsten Milliarden Jahren ab. Viele junge weiße Zwerge in der Nähe wurden als Quellen für weiche oder energiearme Röntgenstrahlen entdeckt. In letzter Zeit sind weiche Röntgenstrahlen und extreme Ultraviolettbeobachtungen zu einem leistungsstarken Werkzeug für die Untersuchung der Zusammensetzung und Struktur der dünnen Atmosphäre dieser Sterne geworden.
Ein typischer weißer Zwerg ist halb so massereich wie die Sonne, aber nur geringfügig größer als die Erde. Ein erdgroßer weißer Zwerg hat eine Dichte von 1x 109 kg / m3. Die Erde selbst hat Eine durchschnittliche Dichte von nur 5,4 x 103 kg / m3. Das bedeutet, dass ein weißer Zwerg 200.000-mal so dicht ist. Dies macht weiße Zwerge zu einer der dichtesten Materiesammlungen, die nur von Neutronensternen übertroffen werden.
Was steckt in einem weißen Zwerg?
Da ein weißer Zwerg keinen Innendruck erzeugen kann (z. B. durch die Freisetzung von Energie aus der Fusion, weil die Fusion aufgehört hat), verdichtet die Schwerkraft die Materie nach innen, bis selbst die Elektronen, aus denen ein weißer Zwerg besteht Atome werden zusammengeschlagen. Unter normalen Umständen sind identische Elektronen (die mit th Der gleiche „Spin“) darf nicht das gleiche Energieniveau einnehmen. Da es nur zwei Möglichkeiten gibt, wie sich ein Elektron drehen kann, können nur zwei Elektronen einen einzigen Energieniveau einnehmen. Dies ist in der Physik als Pauli-Ausschlussprinzip bekannt. In einem normalen Gas ist dies kein Problem, da nicht genügend Elektronen schweben Aber um einen weißen Zwerg zu füllen, ist die Dichte viel höher und alle Elektronen sind viel näher beieinander. Dies wird als „entartetes“ Gas bezeichnet, was bedeutet, dass alle Energieniveaus in seinem Atome sind mit Elektronen gefüllt. Damit die Schwerkraft den Weißen Zwerg weiter komprimieren kann, muss sie Elektronen dorthin zwingen, wo sie nicht hingehen können. Sobald ein Stern entartet ist, kann die Schwerkraft ihn nicht mehr komprimieren, da die Quantenmechanik vorschreibt, dass kein Raum mehr verfügbar ist Unser weißer Zwerg überlebt also nicht durch innere Verschmelzung, sondern durch quantenmechanische Prinzipien, die seinen vollständigen Zusammenbruch verhindern.
Entartete Materie hat andere ungewöhnliche Eigenschaften. Zum Beispiel ist ein weißer Zwerg massereicher, der s kleiner ist es. Dies liegt daran, dass je mehr Masse ein weißer Zwerg hat, desto mehr Elektronen müssen zusammengedrückt werden, um genügend Druck nach außen aufrechtzuerhalten, um die zusätzliche Masse zu unterstützen. Es gibt jedoch eine Grenze für die Menge an Masse, die ein weißer Zwerg haben kann. SubrahmanyanChandrasekhar entdeckte, dass dieses Limit 1,4 beträgt mal die Masse der Sonne. Dies wird angemessenerweise als „Chandrasekhar-Grenze“ bezeichnet.
Mit einer Oberflächengravitation, die das 100.000-fache der Erdoberfläche beträgt, ist die Atmosphäre eines weißen Zwergs sehr seltsam. Die schwereren Atome in seiner Atmosphäre sinken, und die leichteren bleiben an der Oberfläche. Einige Weißzwerge haben fast reine Wasserstoff- oder Heliumatmosphären, die leichtesten Elemente. Auch die Schwerkraft zieht die Atmosphäre in einer sehr dünnen Schicht dicht um sich herum. Wenn dies auf der Erde geschehen würde, würde sich die Spitze der Atmosphäre unter den Wolkenkratzern befinden.
Wissenschaftler nehmen an, dass sich eine Kruste 50 km unter der Atmosphäre vieler weißer Zwerge befindet. Am Boden dieser Kruste befindet sich eine Kristallgitter von Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen. Da ein Diamant nur aus kristallisiertem Kohlenstoff besteht, könnte man den Vergleich zwischen einem weißen Zwerg aus kühlem Kohlenstoff und Sauerstoff und einem Diamanten anstellen.
Letzte Änderung: Dezember 2010