Tod eines massiven Sterns

• Kann 3, 2024

Massive Sterne werden genauso geboren wie kleinere Sterne wie die Sonne. Durch die Schwerkraft kollabiert eine Gaswolke, bis sie dicht genug und heiß genug ist, um zu beginnen Wasserstoffverbrennung. Dies ist das Kernfusion von Wasserstoffatomen zu Heliumatomen. Die nach außen gerichtete Kraft der Energie aus den Kernreaktionen gleicht die Anziehungskraft der Schwerkraft aus. Einem Stern wie der Sonne wird Milliarden von Jahren nicht der Treibstoff ausgehen, aber ein massereicher Stern brennt hell und kommt in einem Bruchteil der Zeit durch seinen Treibstoff.

Stellare Nukleosynthese
Wenn einem Stern der Wasserstoff ausgeht, zieht sich der Kern zusammen. Das erzeugt Wärme, vielleicht genug, um Helium zu verbrennen. Dies geschieht sowohl bei sonnenähnlichen Sternen als auch bei Sternen, die massereicher als die Sonne sind. Obwohl sich der Kern zusammenzieht, dehnen sich die äußeren Schichten aus. Sonnenähnliche Sterne schwellen an rote Riesen und massive Sterne in rote Überriesen.

Wenn das Helium aufgebraucht ist, ist die Fusion für Sterne beendet, deren Masse das 0,5- bis 8-fache der Sonnenmasse beträgt. Da es ohne Fusion keine nach außen gerichtete Kraft gibt, um die Schwerkraft einzudämmen, kollabiert der Stern in a weißer Zwerg.

Und massereiche Sterne - was passiert mit ihnen? Da sie massiver sind, brennen sie heißer. Die Heliumfusion erzeugt Kohlenstoff und Sauerstoff, und ein massereicher Stern kann diese schwereren Atome zu noch schwereren Atomen verschmelzen. Sie können mehrere solcher Zyklen durchlaufen, bis der Stern Silizium zu Eisen verschmilzt und einen Eisenkern erhält. Der Prozess des Verschmelzens von leichteren Elementen zu schwereren ist bekannt als Sternnukleosynthese.

Wenn der Stern einen Eisenkern hat, ist das das Ende. Sie können Eisen nicht schmelzen, um Energie freizusetzen. Die Schwerkraft gewinnt schließlich. Mit nichts zu stoppen, bricht der Stern auf spektakuläre Weise zusammen.

Ein bisschen über Atome
Bevor wir die Geschichte fortsetzen, müssen wir einige Fakten über Atome beachten.

• Ein Atom hat eine Kern gemacht aus Protonen (mit positiver Ladung) und Neutronen (die neutral sind).


• Um den Kern herum befindet sich eine Umlaufwolke Elektronen mit negativen Ladungen.


• Der Kern ist tausendfach kleiner als das gesamte Atom.


• Obwohl die Elektronen im Vergleich zu den Protonen und Neutronen winzig sind, sind ihre Umlaufbahnen groß.


• Gewöhnliche Materie besteht aus Atomen, die größtenteils aus leerem Raum bestehen - sie scheint fest zu sein, weil sich die Elektronen so schnell bewegen.

Aber was wäre, wenn wir die Elektronen in den Kern quetschen und all diesen Raum loswerden könnten?

Der Stern bricht zusammen
Der kollabierende Stern enthält so viel Materie, dass der Kern nicht als weißer Zwerg endet. Es kollabiert so heftig, dass die Elektronen seiner Atome in den Kern gedrückt werden. Dort reagieren sie mit den Protonen zu Neutronen und Neutrinos. (Neutrinos sind extrem kleine subatomare Teilchen ohne elektrische Ladung und fast ohne Masse.) Der Kern besteht jetzt aus Neutronen und ist unglaublich dicht. Dies alles geschieht in Sekundenbruchteilen - viel weniger Zeit, als zum Lesen dieses Absatzes benötigt wird.

Der Kern wird so dicht, dass er jedem weiteren Zusammenbruch widersteht, und die Materie, die mit hoher Geschwindigkeit hereinfällt, trifft ihn und prallt ab. Die Kollision setzt all diese Neutrinos frei. Sie tragen die Energie aus dem Kernkollaps ab und erwärmen das gesamte unfehlbare Material auf Milliarden Grad. Alles außer dem Neutronenkern wird mit einer Geschwindigkeit von Millionen von Kilometern pro Stunde herausgeschleudert. Eine Schockwelle dringt durch die expandierenden Trümmer und leichtere Elemente werden zu schwereren verschmolzen, einschließlich sehr schwerer wie Gold und Uran. Dies geschieht in den ersten fünfzehn Minuten.

Wir nennen die Explosion a Supernovaund es ist so mächtig, dass es eine Zeit lang so hell ist wie eine ganze Galaxie.

Neutronenstern
Wenn der Kern des kollabierten Sterns zwischen dem 1,5- und 3-fachen der Sonnenmasse liegt, wird er zu a Neutronenstern. Obwohl es viel Masse hat, denken Sie daran, dass seine Atome zusammengebrochen sind, so dass sein Radius nur etwa 10 km beträgt. Ein Teelöffel seiner Sache würde jedoch Milliarden Tonnen wiegen. Der Stern kann nicht weiter kollabieren, weil die dicht gepackten Neutronen eine nach außen gerichtete Kraft ausüben Neutronendegenerationsdruck.

Ein schnell rotierender Neutronenstern ist a Pulsar. Während es sich dreht, sendet es Impulse elektromagnetischer Strahlung aus. Jedes Mal, wenn es sich in unsere Richtung dreht, kann ein Impuls der Funkemission erfasst werden. Ein Millisekundenpulsar dreht sich so schnell, dass zwischen den Impulsen nur eine Millisekunde liegt. Der Pulsar im Header-Bild ist ein Millisekunden-Pulsar, emittiert jedoch eindeutig Gammastrahlung.

Schwarze Löcher
Wenn der Kern massereicher ist als etwa das Dreifache der Sonnenmasse, kann selbst der Entartungsdruck den Zusammenbruch nicht aufhalten. Das Ergebnis ist a schwarzes Loch. Es ist eigentlich kein Loch im Raum, aber die Schwerkraft der hochkonzentrierten Masse verdreht den Raum. Seine Schwerkraft ist so stark, dass die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um ihm zu entkommen, größer ist als die Lichtgeschwindigkeit, sodass selbst Licht nicht entweichen kann.Obwohl wir keine Schwarzen Löcher sehen können, können wir manchmal ihre Gravitationseffekte auf andere Objekte erkennen.

Supernova Rest
Der Kern eines massiven Sterns endet als Neutronenstern oder Schwarzes Loch, aber es gibt auch den Rest der Materie, das Material, das bei der Explosion aus dem Stern ausgestoßen wird. Die expandierende Hülle aus Gas und Staub, die von einer Stoßwelle angetrieben wird, wird als a bezeichnet Supernova-Überrest. Hier fand die Nukleosynthese schwerer Elemente statt, und auf ihrer Reise bereichert sie den Raum zwischen den Sternen mit diesen schweren Elementen. Darüber hinaus kann die Stoßwelle eine neue Sternentstehung auslösen, und die neuen Sterne profitieren von den zurückgelassenen schweren Elementen.

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