Weiße Zwerge sind die Überreste toter Sterne. Sie sind die Sternkerne, die zurückbleiben, nachdem ein Stern seine Treibstoffversorgung erschöpft und sein Gas in den Weltraum geblasen hat.
Weiße Zwerge sind die heißen, dichten Überreste langer toter Sterne. Sie sind die Sternkerne, die zurückbleiben, nachdem ein Stern seine Treibstoffversorgung erschöpft und seine Hauptmenge an Gas und Staub in den Weltraum geblasen hat. Diese exotischen Objekte markieren die letzte Evolutionsstufe für die meisten Sterne im Universum - einschließlich unserer Sonne - und erleuchten den Weg zu einem tieferen Verständnis der kosmischen Geschichte.
Ein einzelner weißer Zwerg enthält ungefähr die Masse unserer Sonne in einem Volumen, das nicht größer als unser Planet ist. Ihre geringe Größe macht es schwierig, sie zu finden. Mit bloßem Auge sind keine Weißen Zwerge zu sehen. Das Licht, das sie erzeugen, kommt von der langsamen, stetigen Freisetzung gewaltiger Energiemengen, die nach Milliarden von Jahren als Kernkraftwerk eines Sterns gespeichert wurden.
Hubble Space Telescope-Bild des hellen Wintersterns Sirius (Mitte) und seines schwachen Begleiters des weißen Zwergs Sirius B (links unten). Bildnachweis: NASA, ESA, H. Bond (STScI) und M. Barstow (University of Leicester)
Weiße Zwerge werden geboren, wenn ein Stern abschaltet. Ein Stern verbringt die meiste Zeit seines Lebens in einem prekären Gleichgewicht zwischen Schwerkraft und äußerem Gasdruck. Das Gewicht eines Paares Oktillion Tonnen von Gas, die auf den Sternenkern drücken, treiben Dichten und Temperaturen hoch genug an, um die Kernfusion zu zünden - das Zusammenschmelzen von Wasserstoffkernen zu Helium. Die stetige Freisetzung von thermonuklearer Energie verhindert, dass der Stern in sich zusammenfällt.
Sobald der Stern in seinem Zentrum mit Wasserstoff gefüllt ist, wandelt sich der Stern zur Fusion von Helium in Kohlenstoff und Sauerstoff. Die Wasserstofffusion bewegt sich zu einer Hülle, die den Kern umgibt. Der Stern bläst sich auf und wird zum „roten Riesen“. Für die meisten Sterne - einschließlich unserer Sonne - ist dies der Anfang vom Ende. Während sich der Stern ausdehnt und die Sternwinde mit zunehmender Geschwindigkeit wehen, entziehen sich die äußeren Schichten des Sterns der unerbittlichen Anziehungskraft der Schwerkraft.
Wenn der Stern verdunstet, hinterlässt er seinen Kern. Der freiliegende Kern, heute ein neugeborener weißer Zwerg, besteht aus einem exotischen Eintopf aus Helium-, Kohlenstoff- und Sauerstoffkernen, die in einem Meer hochenergetischer Elektronen schwimmen. Der kombinierte Druck der Elektronen hält den Weißen Zwerg hoch und verhindert den weiteren Zusammenbruch zu einer noch seltsameren Entität wie einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch.
Der weiße Zwerg ist unglaublich heiß und taucht den umgebenden Raum in ultraviolettes Licht und Röntgenstrahlen. Ein Teil dieser Strahlung wird von den Gasaustritten aufgefangen, die die Grenzen des nun toten Sterns verlassen haben. Das Gas reagiert, indem es mit einem Regenbogen von Farben fluoresziert, der als planetarischer Nebel bezeichnet wird. Diese Nebel - wie der Ringnebel im Sternbild Lyra - geben uns einen Einblick in die Zukunft unserer Sonne.
Der Ringnebel (M57) im Sternbild Lyra zeigt die letzten Stadien eines Sterns wie unserer Sonne. Ein weißer Zwerg in der Mitte beleuchtet die zurückweichende Gaswolke, aus der einst der Stern bestand. Die Farben kennzeichnen verschiedene Elemente wie Wasserstoff, Helium und Sauerstoff. Gutschrift: Das Hubble Heritage Team (AURA / STScI / NASA)
Der Weiße Zwerg hat jetzt eine lange, stille Zukunft vor sich. Wenn die gefangene Wärme austritt, kühlt sie sich langsam ab und verdunkelt sich. Irgendwann wird es zu einem inerten Klumpen aus Kohlenstoff und Sauerstoff, der unsichtbar im Weltall schwebt: einem schwarzen Zwerg. Aber das Universum ist nicht alt genug, um schwarze Zwerge entstehen zu lassen. Die ersten weißen Zwerge, die in den frühesten Sterngenerationen geboren wurden, kühlen sich immer noch ab, 14 Milliarden Jahre später.Die kühlsten weißen Zwerge, die wir kennen, mit einer Temperatur um 4000 Grad, können auch einige der ältesten Relikte im Kosmos sein.
Aber nicht alle Weißen Zwerge gehen leise in die Nacht. Weiße Zwerge, die andere Sterne umkreisen, führen zu hochexplosiven Phänomenen. Der Weiße Zwerg beginnt mit dem Ablassen von Gas von seinem Begleiter. Wasserstoff wird über eine Gasbrücke geleitet und auf die Oberfläche des Weißen Zwerges geschüttet. Während sich der Wasserstoff ansammelt, erreichen seine Temperatur und Dichte einen Flammpunkt, an dem die gesamte Hülle des neu gewonnenen Kraftstoffs heftig verschmilzt und dabei eine enorme Energiemenge frei wird. Dieser Blitz, der als Nova bezeichnet wird, lässt den weißen Zwerg kurz mit der Brillanz von 50.000 Sonnen aufblitzen und dann langsam in die Dunkelheit zurückkehren.
Die Wiedergabe eines weißen Zwergs durch einen Künstler, der Gas von einem binären Begleiter in eine Materialscheibe absaugt. Das gestohlene Gas wirbelt durch die Scheibe und prallt schließlich auf die Oberfläche des Weißen Zwergs. Bildnachweis: STScI
Wenn sich das Gas jedoch schnell genug ansammelt, kann es den gesamten Weißen Zwerg an einem kritischen Punkt vorbeischieben. Anstatt einer dünnen Hülle aus Fusion kann der ganze Stern plötzlich wieder zum Leben erweckt werden. Die gewaltsame Freisetzung von Energie detoniert ungeregelt den Weißen Zwerg. Der gesamte Sternenkern wird in einem der energischsten Ereignisse des Universums ausgelöscht: einer Supernova vom Typ 1a! In einer Sekunde setzt der Weiße Zwerg während seiner gesamten Lebensdauer von 10 Milliarden Jahren so viel Energie frei wie die Sonne. Für Wochen oder Monate kann es sogar eine ganze Galaxie überstrahlen.
SN 1572 ist der Überrest einer 9.000 Lichtjahre von der Erde entfernten Supernova vom Typ 1a, die Tycho Brahe vor 430 Jahren beobachtete. Dieses zusammengesetzte Röntgen- und Infrarotbild zeigt die Überreste dieser Explosion: eine expandierende Gasschale, die sich mit ungefähr 9000 km / s bewegt !. Bildnachweis: NASA / MPIA / Calar Alto Observatorium, Oliver Krause et al.
Diese Brillanz macht Supernovae vom Typ 1a aus dem gesamten Universum sichtbar. Astronomen verwenden sie als „Standardkerzen“, um Entfernungen zu den entferntesten Bereichen des Kosmos zu messen. Die Beobachtung der Detonation weißer Zwerge in fernen Galaxien führte zu einer Entdeckung, die den Nobelpreis für Physik 2011 einbrachte: Die Expansion des Universums beschleunigt sich! Tote Sterne haben unseren grundlegendsten Annahmen über die Natur von Zeit und Raum Leben eingehaucht.
Weiße Zwerge - die Kerne, die zurückbleiben, nachdem ein Stern seinen Treibstoffvorrat aufgebraucht hat - sind in jeder Galaxie verteilt. Wie ein Sternenfriedhof sind sie die Grabsteine fast aller Sterne, die gelebt haben und gestorben sind. Diese alten Sterne waren einst Orte von Sternöfen, an denen neue Atome geschmiedet wurden, und wurden als Werkzeug eines Astronomen umfunktioniert, das unser Verständnis der Evolution des Universums auf den Kopf gestellt hat.
EarthSky veröffentlichte diesen Beitrag ursprünglich im Juli 2012 im AstroWoW-Blog von Christopher Crockett.