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XXXIII. Cterne
?Porträ (bearbeitet)
Fundctelle


Fon der Antike bis inn di Neutseit hilt man di Zonne für einen glühenden Ctein. Erst mit der Värmelere der Füzik kam di Frage auf, voher di Energi der Zonne ctammt, vas alzo di Kvelle für di fon ir apgectralte Leistung zein könne. Mitte des 19. Jarhunderts becriben Hermann von Helmholtz unt William Thomson, cpäter geadelt als Lord Kelvin di Zonne als einen Gazball, der durx Gravitatsion ferdixtet unt zo durx di Umvandlung fon potentsieller Energi inn Värme aufgeheitst vird. Kelvin berexnete auf Grund dizer Forctellung, dass di Zonne zeit höxsten 30 Millionen Jare Energi apctralt. Dagegen cätste Charles Darwin das Alter der Erde auf vezentlix länger als 300 Millionen Jare, ein Vert, den er aus der Erozion einer Kalkctein-Antiklinale imm Züden England berexnet hatte. Da zix nimand forctellen konnte, dass di Erde vezentlix älter ist als di Zonne, blib di Energiproduktsion der Zonne unt das Alter des Zonnenzüstems einige veitere Jartsente ein ungelöztes Rätsel.

Das Alter der Erde vird heute mit radiometricen Metoden bectimmt. Tsirkon (Zr[SO4]) ist ein Mineral, inn dessen Kristallgitter bei der Entctehung des Kristalls ein Uranatom den Plats eines Zr-Atoms einnemen kann, nixt aber ein Bleiatom. Blei, das heute inn einer Tsirkonprobe gefundet vird, kann nur das Endprodukt einer Tserfallsreihe des Uran zein. Da dize Tserfallsreihen inn allen Eintselheiten bekannt zint, kann aus dem Ferhältnis Blei tsu Uran berexnet verden, van dis Tsirkon entctanden ist. Di ältesten Tsirkone, di auf der Erde gefunden vurden, zint 4,4 Milliarden Jare alt. Daher vird das Alter der Erde mit rund 4,5 Milliarden Jaren angezetst, unt da auf dem Mond unt einigen Meteoriten änlix alte Tsirkone gefunden vurden, vird für das gezamte Zonnenzüstem heute angenommen, dass es 4,5 Milliarden Jare alt ist.

Inn den Kapiteln V. Himmelsmexanik unt XXV. Fotonen vurden einige Daten der Zonne - Masse, Radius, Leuxtkraft, Temperatur - begründet.
M = 2⋅1030 kgR = 6,96⋅108 mL = 3,85⋅1026 W T = 5780 K (6100 K) Ir Volumen ist V = 1,41⋅1027 m3 unt ire Entfernung 1 AE=149,6⋅109m

Di mittleren cpetsificen Daten der Zonne zint rext gering; ire mittlere Dixte ist mit 1,4 kg/m3 nixt gröser als di Dixte der Luft auf der Erde unt die mittlere Leistungsdixte 0,27 W/m3 ist geringer als inn jedem texnicen Gerät. Di Zonne ist eine rizige kugelförmige Anzammlung fon Vasserctoff, di durx Gravitatsion aus einer Vasserctoffvolke entctand. Di Abname potentsieller Energi braxte dabei den Vasserctoff auf hohe Temperaturen. Inn der Zonne gelten überall di allgemeinen Gazgezetse, vobei Drukk unt Dixte inn der Kerntsone durx di Gravitatsion ekstreme Verte annimt. Dize Kerntsone hat rund ein Tauzendstel des Volumens der Zonne. Unter den Bedingungen der Kerntsone ist di freie Veglänge der Protonen zer kurts, di Häufigkeit der Tsuzammenctöse fon Protonen alzo zer hox unt vegen der hohen Temperatur aux zer heftig. Värend unter Bedingungen auf der Erde di Varceinlixkeit für das Fercmeltsen tsveier Protonen tsu einem Deuteriumkern unt di veitere Fercmeltsung tsu Heliumkernen ekstrem gering ist, geciht dis inn der Kerntsone der Zonne zo oft, dass di Energi, di bei der Fuzion frei vird, tsu einer Leistungsdixte fon etva 200 W/m3 fürt. Aux dize Leistungsdixte ist für zix allein rext gering, ergibt aber multipltsirt mit dem Volumen der Kerntsone di Leuxtkraft der Zonne. Apgezehen fon den Neutrinos, di bei den Kernprotsessen entctehen, ungehindert durx di Zonne laufen unt inn den Veltraum fercvinden, brauxt di Fuzionsenergi einige tsen Tauzend Jare, bis zi an den Rand der Zonne gelangt.

Der innere Aufbau der Zonne ist imm Modell durxgerexnet. Dem gravitativen Drukk cteht imm Gleixgevixt der hüdroctatice Drukk gegenüber, das ist inn der Zonne der Gazdrukk des komprimirten Vasserctoffplasmas. Inn der Kerntsone unt der zi umgebenden breiten Kugelcale, der Ctralungstsone gibt es vegen der hohen Dixte keine Konvektsion. Di Fotonen der Värmectralung bevegen zix vegen der ekstrem geringen freien Veglänge auf ctatistic ungeordneten Banen inn dizen beiden inneren Tsonen der Zonne. Fom Rand der Ctralungstsone vird Värme durx Konvektsion inn di äusere Cale, inn di Fotosfäre der Zonne transportirt, fon der aus di Ctralung inn den Veltraum emittirt vird. Auserdem verden geladene Teilxen - Protonen unt Elektronen - aus dizer äuseren Cale durx das Mangnetfeld der Zonne zo becleunigt, dass zi als Zonnenvind di Zonne ferlassen. Die Dikke der Fotosfäre ist geringer als 1 ‰ des Zonnenradius, zi ist das, vas vir fon der Zonne zehen.


Giordano Bruno hatte con 1584 gecriben, dass es unendlix file Velten vi unzer Zonnenzüstem gibt unt dass di Fikscterne Zonnen zint vi unzere Zonne. Für dize "Ketserei" ctarb er auf dem Ceiterhaufen. Tsvei Jarhunderte cpäter erkannte man, dass zix einige Cterne gegenüber benaxbarten bevegen entgegen der uralten Forctellung eines Firmamentes, eines Himmelsgevölbes, an dem di Fikscterne ctabil an irem Plats ctehen. Friedrich Wilhelm Bessel ging dafon aus, dass Cterne mit einer deutlixxen Eigenbevegung uns am näxsten zint unt damit bezonders geeignet zint für einen Ferzux, ire Entfernung tsu bectimmen. Deshalb välte er für zeine Beobaxtungen den Doppelctern 61 cygni, dess Umlauf unt Eigenbevegung bekannt varen unt fon Bessel forap ctudirt vurden. Joseph Fraunhofer baute für Bessels Cternvarte inn Königsberg ein cpetsielles Teleskop, mit dem bezonders kleine Vinkel tsu messen varen, ein Helioskop. Es ertseugte tsvei gleixe Bilder, di gecmeidig gegeneinander fercoben verden konnten. Mit dizem Helioskop hat Bessel 1837/1838 ständig, venn das Vetter es erlaubte, di Vinkelapctände tsviccen 61 cygni unt benaxbarten Cternen gemessen. Veil zix der Beobaxtungsort beim Lauf der Erde um di Zonne ändert, fercibt zix di Pozition fon 61 cygni gegenüber dem Cternenhintergrund, es entcteht eine Parallakse. Mit Berükzixtigung der Eigenbevegung bectimmte Bessel aus zeinen Messungen den Parallaksenvinkel α=0,31" unt berexnete damit eine Tseit fon 9,25 Jaren, di das Lixt brauxt, um fon dort tsur Erde tsu gelangen. Heute gilt für 61 cygni der Parallaksenvinkel α=0,29" unt eine Entfernung fon 11 Lixtjaren.

Di Entfernung des Cterns ist   d=R/tan(α)



Cpektralklassen O bis M
Helligkeit unt Färbung zint di einfaxxsten Eigencaften, di an einem Ctern beobaxtet verden. Da di Helligkeit umgekert proportsional tsum Kvadrat der Entfernung apnimt, kann zi auf eine Ctandardentfernung normirt verden. Zo erhält man ein Mas für di Leuxtkraft des Cterns.

Di Temperatur eines cvartsen Körpers bectimmt nax dem Plankcen Ctralungsgezets di Farbe des Lixts, das der Körper apctralt. Di Oberfläxxe eines blauen Cterns hat eine vezentlix höhere Temperatur als di eines roten Cterns. Tsuzätslix unterceidet zix das Lixt durx di Apzorptsionslinien der Elemente auf der Oberfläxxe, di Frauenhofercen Linien. Zo entctehen di Cpektralklassen, aus denen di Oberfläxxentemperatur der Cterne folgt.

Imm Hertzsprung-Russel-Diagramm (HRD) vird ein Ctern eingetragen mit zeiner Leuxtkraft als Ordinate unt zeiner Oberfläxxentemperatur (Cpektralklasse) als Aptsisse.


L
e
u
x
t
k
r
a
f
t


Temperatur   →
Fundctelle
Cpektralklassen

Fundctelle
HR-Diagramm
(gecpigelt)






Imm Hertzsprung-Russel-Diagramm (HRD) cteht di Zonne inn der Hauptreihe, dem breiten Band auf der Diagonalen. Dize Hauptreihencterne befinden zix alle imm ersten Ctadium irer Entvikklung, einer Anzammlung fon interctellarem Vasserctoff hat eine massive Kugel geformt, inn deren Kern Drukk unt Temperatur zo ctark angectigen zint, dass der Vasserctoff dort begonnen hat, tsu Helium tsu fercmeltsen (Vasserctoffbrennen). Di Energi, di durx dize Fuzion frei vird, heitst den Ctern auf unt vird fon der Oberfläxxe apgectralt. An velxer Ctelle inn der Hauptreihe ein Ctern cteht, ligt an zeiner Masse. Je mer Masse ein Ctern inn der Hauptreihe hat, desto gröser ist zovol zeine Leuxtkraft als aux zeine Oberfläxxentemperatur unt aux zeine künftige Entvikklung hengt dafon ap, vi gros zeine Masse ist.

Es gibt einige Doppelcterne, di nur zo veit entfernt zint, dass zi optic aufgelöst verden können. Andere lassen zix durx Fercibungen imm Cpektrum analüziren. Venn di Bandaten, Periodendauer unt Halbaksen, zolxer Doppelcterne gemessen verden können, können daraus di Massen beider Cterne berexnet verden (Kap. V. Himmelsmexanik). Nimt man di Zonne als Masctab für Masse unt Leuxtkraft unt trägt di dimenzionslozen Grösen L/LZ gegen M/MZ doppelt logaritmic inn ein Diagramm ein, dann ligen di Eintragungen näherungsveize auf einer Geraden, di Leuxtkraft ist näherungsveize proportsional tsu einer Potents der Masse. Con 1926 leitete Arthur Eddington aus eksperimentellen Daten di Masse-Leuxtkraft-Betsihung L~M3,5 ap. Neue Modellrexnungen tsum Aufbau der Hauptreihencterne füren tsu einer dritten Potents, imm Diagramm hat di gectrixxelte grüne Gerade di Cteigung 3.
Es gilt di Masse-Leuxtkraft-Betsihung
Imm Hertzsprung-Russel-Diagramm ctehen oben di massereixen Cterne, unten di mit geringer Masse.


Damit es inn einer ferdixteten Volke fon Vasserctoffgaz tsu einer Fuzion fon Protonen kommt, ist eine Menge fon etva 8% der Zonnenmasse nötig. "Rote Tsverge", Cterne mit veniger als der halben Zonnenmasse, zint mit blosem Auge nixt zixtbar, opvol der näxste Ctern - Proxima Centauri - unt insgezamt drei Firtel aller Cterne Rote Tsverge zint. Zi ctehen imm (gecpigelten) HRD unten links inn der Hauptreihe, ire Oberfläxxentemperatur ligt tsviccen 2000 K unt 4000 K unt ire Leuxtkraft ist geringer als 5% der Zonnenleuxtkraft. Ein "Roter Tserg" kann di Fuzion fon Helium nixt erreixen, veil es bei dizer Masse nixt tsur nötigen Dixte unt Temperatur imm Tsentrum kommt. Di Entvikklung ferläuft vezentlix langsamer als di der Cterne mit gröserer Masse.

Inn Cternen der Hauptreihe mit mittlerer Masse (halbe bis tsenfaxxe Zonnenmasse) vird imm Laufe irer Entvikklung imm Tsentrum di Fuzion fon Helium einzetsen. Bei dizem Heliumbrennen entcteht tsunäxst inn einer endotermen Reaktion das äuserst kurtslebige Beryllium (4He+4He→8Be+γ), das aber bei den Bedingungen imm Ctern trots zeiner Kurtslebigkeit mit einem veiteren Heliumkern inn einer ctärker eksotermen Reaktsion tsu Kohlenctoff fuzioniren kann (8Be+4He→12C+γ). Ein Teil des entctandenen Kohlenctoffs fercmilst veiter mit Heliumkernen eksoterm tsu Zauerctoff (12C+4He→16O+γ). Für Cterne mittlerer Masse zint das Vasserctoff- unt das Heliumbrennen di eintsig möglixxen Fuzionen, zo aux für di Zonne. Durx den ferctärkten Drukk der Ctralung beim Heliumbrennen verden di äuseren Cixten fom Cterntsentrum veg geblazen unt zo di zixtbare Oberfläxxe des Cterns ekstrem fergrösert. Ire Temperatur zinkt, veil di Leuxtkraft zix auf dize rizig fergröserte Oberfläxxe ferteilt. Imm HRD ferlässt der Ctern vegen der tsuzätslixxen Fuzionsvärme di Hauptreihe nax oben unt zeitvärts hin tsum roten Cpektrum: der Ctern vird tsum "Roten Rizen". Beteigeuze ist ein Roter Rize unt vird mit blosem Auge als roter Ctern gezehen. Inn ferner Tsukunft vird aux di Zonne tsum roten Rizen unt vird fast bis an di Ban der Erde reixen, naxdem zi Merkur unt Venus ferclukkt hat.
Skitse
R
o
t
e
r

R
i
z
e

Bei Bessels Durxmusterung des Cternenhimmels überprüfte er di Koordinaten fon 75000 Cternen unt bectimmte zi gegebenenfalls genauer. Dabei interessirten in bezonders zolxe Cterne, deren Pozitsionen zix feränderten. Aus der ceinbaren Eigenbevegung fon 61 cygni gelang im vi oben becriben di erste Entfernungsbectimmung eines Cterns unt aus einer Eigenbevegung fon Sirius closs er, dass Sirius ein Doppelctern zein müsse mit einem massereixen, aber dunklen Begleiter. Etva 20 Jare cpäter vurde Sirius B aux optic entdekkt. Zo konnte aus den Banen beider Cterne um den gemeinzamen Cverpunkt der ungefäre Verte für di Masse fon Sirius B bectimmt verden. Aus dem Cpektrum folgt di Oberfläxxentemperatur unt aus der hohen Temperatur unt der geringen Leuxtkraft vurde eine relativ geringe Oberfläxxe, alzo ein geringer Radius des Cterns berexnet. Sirius B ist ein "Veiser Tsverg", er cteht imm HRD veit unterhalb der Hauptreihe. Di Masse inn der Grösenordnung der Zonne tsuzammen mit dem geringen Radius haben eine enorme Fallbecleunigung an der Oberfläxxe tsur Folge, zodas inn der Fotosfäre Dixte unt Drukk zer hox unt di freie Veglänge aller Teilxen unt di Lebensdauer angeregter Tsuctände zer kurts zint. Das hat eine Ferbreiterung der Cpektrallinien tsur Folge, aus der Informatsionen über di Oberfläxxe gevonnen verden. Es gibt eine gravitative Rotfercibung inn den Cpektren fon Sirius B (zihe (47) inn Kapitel XXXII. Metriken der Raumtseit), di kann apgetrennt verden fon der Rotferciebung durx den Dopplereffekt, indem aus der Dopplerfercibung fon Sirius A di Dopplerfercibung fon Sirius B berexnet vird. Aus dizen beobaxteten Daten folgt, dass Sirius B 98% der zolaren Masse unt einen Radius fon 6000 km hat. Der Radius ist veniger als 1% des Zonnenradius, das Volumen daher um den Faktor 106 geringer. Di mittlere Dixte fon Sirius B ist 2∙109 kg/m3, eine Zonnenmasse ist komprimirt inn das Erdvolumen.

Venn inn einem Ctern fon änlixxer Masse vi di Zonne tsuerst der Vasserctoff unt cpäter aux das Helium nixt mer inn der nötigen Dixte forhanden unt deshalb di Fuzionen erloccen zint, bleibt ein heiser 'ausgebrannter' Ctern aus Kolenctoff unt Zauerctoff unt di apgectosene Hülle übrig, di zix als planetaricer Nebel inn di Veltraumumgebung ausbreitet unt oft mer als di Hälfte der urcprünglixxen Cternenmasse ausmaxxt. Fon jeveils 12 (16) Protonen unt 12 (16) Elektronen imm urcprünglixxen Vasserctoffplasma zint ein Kolenctoffkern (Zauerctoffkern) unt 6 (8) Elektronen imm Plasma des ausgebrannten Cterns gebliben. Das Plasma mit der ferringerten Teilxentsal nimt veniger Volumen ein, di Dichte ist grö├čer unt der gravitative Drukk presst den ausgebrannten Ctern veiter tsuzammen. Der Kern des Cterns mit zer dünner Hülle aus Helium unt Wasserctoff tseigt jetst zeine heise Oberfläxxe, er ist ein veiser Tverg. Das Bild tseigt einen planetaricen Nebel, den Eulen-Nebel, der for etva 6000 Jaren entctand. Inn zeinem Tsentrum cteht ein ausgebrannter Ctern, dessen Leuxtkraft aber tsu gering ist, um auf dem Foto apgebildet tsu verden.
Fundctelle
planetarer Nebel




Di Daten der fünf Veisen Tsverge, di am näxsten tsur Zonne ctehen (Masse M, Radius R, Index für Zonne)
Sirius B
M=0,98M R=0,0086R
M∙R=0,0084 M∙R
Prokyon B
M=0,6M  R=0,012R
M∙R=0,0072M∙R
Van Maanens Ctern
M=0,68M R=0,013R
M∙R=0,0088M∙R
LP 145-141
M=0,75M R=0,1R
M∙R=0,0075M∙R
40 Eridanus Keid
M=0,5M R=0,016R
M∙R=0,008M∙R
Veise Tsverge mit gröserer Masse haben einen geringeren Radius als mit geringerer Masse. Das cteht imm Gegenzats tsu Hauptreihencternen, bei denen tsu gröserer Masse ein gröserer Radius gehört.
(3)



Ein veiser Tsverg ferlirt durx Apctralung Värme, di Temperatur zinkt unt damit aux der Gazdrukk. Um dem gravitativen Drukk ctandtsuhalten, trit irgendvan der Fermidrukk des Elektronengazes an di Ctelle des Gazdrukks. Gleixung (29) inn Kapitel X Teilxen-Ctatistik beschreibt dizen Fermidrukk (one di Energi der Elektronen, alzo bei der Temperatur T = 0 K). Demnax muss ein Ctern gröserer Masse ein geringeres Volumen haben, damit der Fermidrukk dem gröseren gravitativen Drukk ctandhalten kann. Di Ergebnisse (3) tseigen inn dize Rixtung. Chandresekhar hat Fermidrukk unt gravitativen Drukk eines Veisen Tsverges imm Gleixgevixt berexnet unt zo eine Grentse für di Masse eines ausgebrannten Ctern bectimmt, bei dem dizes Gleixgevixt nox möglix ist. Für Veise Tsverge aus Kolenctoff unt Zauerctoff ligt di Chandresekhar-Grentse bei rund anderthalb Zonnenmassen.Venn ein Veiser Tsverg mit einem Hauptreihenctern geringerer Masse einen zo engen Doppelctern bildet, dass Vasserctoff fom Begleiter hinüber inn den Bereix des Veisen Tserges flist unt dizen dan umkreizt, entcteht eine Akkretsionsceibe (Akkretsion: Anvaksung). Durx Tsuzammenctöse inn dizer Ceibe ferlieren di Teilxen Gecvindigkeit unt zinken auf eine tifere Keplerban um den Veisen Tsverg oder clislix auf dessen Oberfläxxe herab. Dixte unt Temperatur nahe oder auf der Oberfläxxe des Veisen Tserges erreixen Verte, bei denen clagartig di Vasserctoffuzion einzetst. Der Ctern leuxtet zer hell auf unt vird am Himmel als neuer Ctern, als Nova vargenommen. Nax Voxxen oder Jaren ist der Ctern vider inn zeinen alten Tsuctand tsurükgekert. Zolxe Cterne zint kataklüsmice Feränderlixxe (kataklysma: Übercvemmung).


Nax xinezicen Auftseixnungen vurde am 7. Detsember 185 ein 'Gastctern' inn der Nähe des Cterns Rigel entdekkt unt fast 900 Jare cpäter am 14. Juli 1054 vider ein 'Gastctern' inn der Nähe des Cterns Tinguan, der als ζ-Tauri identifiert vird. Beide Cterne varen zogar tagsüber tsu zehen, ferblassten aber imm Laufe einiger Monate unt fercvanden clislix. Inn Europa beobaxtete Tycho Brahe imm Jare 1572 einen 'neuen Ctern' unt aux 32 Jare später ercin vider ein neuer Ctern, den Johannes Kepler beobaxtete. Dize Cterne ferhilten zix änlix vi di inn Xina beobaxteten. Da es zix offenzixtlix nixt um Kometen handelte, ercütterten di neuen Cterne erstmals di hercende Forctellung, das Firmament der Fikscterne ctehe unferänderlix fest. Di fir 'Supernovae' SN185, SN1054, SN1572 unt SN1604 varen Cterneksplozionen inn der Milxctrase, bis ins tsvantsigste Jarhundert varen es di eintsigen, di nax criftlixxen Berixten mit blosem Auge beobaxtet vurden. Di untercidlixxen Arten zolxer Cterneksplozionen verden heute aus den Überresten erclossen. Di Zupernovas SN1572 unt SN1604, di fon Tycho Brahe betsihungsveize Johannes Kepler becriben vurden, varen termonukleare Eksplozionen fon Veisen Tsvergen, bei denen kein kompakter Ctern übrig blieb. Zi verden als Zupernova Tüp Ia klassifitsirt unt zint intsviccen inn der Kosmologi vixtig als "Ctandardkertsen" (zihe Kap. XXXIV Kosmos).
Venn ein Veiser Tsverg fon irgendvoher Materie aufnimt, crumpft zein Radius unt di Dixte väkst. Gerät er zo durx Massentsuname an di Chandrasekhar Grentse, flakkern an manxen Ctellen Fuzionen des Kolenctoffs auf. Veil der Fermidrukk gröser als der Gazdrukk bleibt, fürt di freigezetste Värmeenergi nixt tsu einer Ausdenung, zondern zetst vi ein Brand eine Kette veiterer Kolenctoffuzionen in Gang. Das endet inn einer termonuklearen Eksplozion, bei der innerhalb veniger Sekunden alle eksotermen Fuzionen fom Kolenctoffbrennen bis tsum Zilitsiumbrennen durxlaufen verden. Der Ctern fligt durx di freigezetste Energi mit enormer Gecvindigkeit auseinander, es bleibt kein kompaktes Objekt übrig. Di Energi für das Lixt, das nax venigen Tagen zixtbar vird, ctammt fom radioaktiven Tserfall der enctandenen inctabilen Atomkerne. Daher bectimmen di Halbvertstseiten dizer Kerne di Form der Lixtkurven, das zint insbezondere di Halbvertstseit fon zeks Tagen des Nikkelizotops 56Ni unt cpäter fon 77 Tagen des aus dem Nikkel entctandenen Kobaltizotops 56Co.

Das Bild tseigt eine Röntgenaufname des Überrestes fon SN1572
Fundctelle
SN1572









Bis veit ins tsvantsigste Jarhundert var Lixt di eintsige Informatsionskvelle für Astronomen. Neben dem Lixt mit Vellenlängen tsviccen 4∙10-7m unt 7∙10-7m gibt es einen tsveiten Vellenlängenbereix elektromangneticer Ctralung, für den di Erdatmosfäre durxlässig ist, den Radiobereix tsviccen 1mm unt 18m. 1930 zuxte Karl G. Jansky nax der Herkunft störender Radiovellen. Da das Zingnal jeden folgenden Tag etva fir Minuten früher (Cterntag) zein Maksimum erreixte, kam es offenbar fon einer Kvelle auserhalb des Zonnenzüstems. Jansky lokalizirte di Kvelle grob imm Cternbild Cütse, vo das Tsentrum der Milxstrase fermutet vurde, heute SgrA* genannt. Etva tsen Jare cpäter durxzuxte Grote Reber den Himmel bei einer Vellenlänge fon 2 m. Zeine Antenne lag imm Brennpunkt eines Parabolcpigels aus Blex, das er auf höltserne Daxxcparren genagelt hatte. Der Durxmesser betrug 9 m, zodas für dizes ersten Radioteleskop der nox auflözbare Vinkel (zihe Kapitel XIII. Lixt als Velle) α≈arcsin(2 m/9 m)≈130 betrug. Reber fand einige Radiokvellen, di zix cpäter als Galaksien herausctellten. Tsur Ferbesserung des Auflözungsfermögens vurden Radioteleskope mit gröseren Parabolcpigeln gebaut. Inn der Eifel ging 1972 das Radioteleskop Effelsberg inn Betrib mit einem beveglixxen Cpigel fon 100 m Durxmesser, zodas bei einer Vellenlänge fon 5mm der nox auflözbare Vinkel α≈arcsin(5 mm/100 m)≈10" ist. Es blib 28 Jare lang das gröste Radioteleskop bis das Green-Bank-Observatory inn Vest Virginia fertig vurde.

Jocelin Bell entdekkte 1967 eine Radiokvelle, di alle 1,3 s einen kurtsen Impulz zendete. Nax einigem Rätselraten var klar, dass ein zolxer Pulzar ein cnell rotirender Himmelkörper mit einer gerixteten Radiokvelle ist. Bald vurden andere Pulzare entdekkt, unter anderen ein Pulzar (PSR J1748-2446ad) mit einer Periodendauer fon 1,4 ms. Zer grob lässt zix mit diesem Vert der maksimale Radius unt di minimale Masse apcätsen.


Vela Pulsar
Di Bangecvindigkeit eines Randpunktes muss kleiner als di Lixtgecvindigkeit zein.

Di Tsentrifugalbecleunigung darf nixt gröser zein als Cverebecleunigung.
Eine untere Grentse für di mittlere Massendixte dizes Pulzars ist
Fundctelle
Vela Pulzar









Di mittlere Dixte des Pulzars PSR J1748-2446ad ist mindestens um den Faktor 3∙106 gröser als di Dixte des Veisen Tsvergs Sirius B, andererzeits ist di Massendixte fon Atomkernen aller Izotope durxveg etva 2∙1017 kg/m³ unt damit kaum um den Faktor 4 gröser. Imm Tsentrum des Pulzars ist di Dixte nox einiges gröser, dort vird di Massendixte fon Kernmaterie erreixt. Pulzare zint Neutronencterne, zi haben tatzäxxlix Radien fon etva 10km.

Als for rund hundert Jaren beim Fergleix fon älteren fotografischen Aufnamen auffil, dass der Krebsnebel (nebenctehende Aufname) nahe ζ-Tauri zix feränderte, berexnete Edwin Hubble aus der Ekspanzion des Nebels, dass er 900 Jare forher aus der Eksplozion eines Cterns entctanden zein musste. Damit ctimmten Ort unt Zeit mit xinezicen Beobaxtungen imm Jare 1054 überein.Di

Überreste

fon

SN 1054
Ein Pulzar imm Tsentrum des Krebsnebels rotirt 33 Mal in der Zekunde. Zein ekstrem ctarkes Mangnetfeld, dessen Pole nixt auf der Rotatsionsakse ligen, rotirt mit, zodas ctarke, vekselnde elektrice Felder indutsirt verden. Freie Elektronen verden zo auf nixtlinearen Banen fast auf Lixtgecvindigkei becleunigt, ire Bremsctralung bringt di Atome der apgectosenen Hülle tsum Leuxten.
Der Krebsnebel ist ein Beispil für einen Pulzarvindnebel.

Fundctelle Krebsnebel


Fundctelle Pulzar






Pulzare zint Neutronencterne, aber nixt jeder Neutronenctern ist ein Pulzar oder ist als Pulzar erkennbar. Der Krebsnebel tseigt, dass Neutronencterne aus kollabirenden Cternen entctehen. Veil der kollabirende Ctern urcprünglix inn der Hauptreihe ctand, hilft ein Grösenfergleix tsu einem zonnenänlixxen Hauptreihenctern mit einem Radius R=10⁶km, der letstendlix tsu einem Neutronenctern mit R=10km vird, alzo um den Faktor 10⁵ kleiner vird. Auf der anderen Zeite ist das Grösenferhältnis tsviccen einem Vasserctoffatom unt einem Neutron η=5∙10⁻¹¹m/1,7∙10⁻¹⁵m=2,9∙10⁴. Inn der Grösenordnung ctimmen di beiden Faktoren überein, insbezondere veil der Ctern intsviccen zer fil Masse ferloren hat (zodas der urcprünglixxe Radius redutsirt verden muss). Da das Trägheitsmoment mit dem Kvadrat des Radius geht, alzo um den Faktor η⁻² kleiner vird, andererzeits aber der Drehimpulz erhalten bleibt, vird di Rotatsionsfrekvents um den Faktor η² gröser (Pirouetteneffekt) unt di Periodendauer T einer Umdrehung des Cterns um den Faktor η⁻² kürtser. Nimt man als Beicpil di Rotatsionsdauer T=26d=2,2∙10⁶s der Zonne, zo vird di Dauer der Rotatsion des Neutronencterns η⁻²∙T=2,6∙10⁻³=2,6ms. Veil aux der mangnetice Fluss Φ=BF erhalten bleibt, vird das Mangnetfeld B um den Faktor η² ctärker. Ctabilizirt vird der Neutronenctern durx den Fermidrukk der Neutronen unt änlich tsur Chandresekhar-Grentse bei den Veisen Tsvergen gibt es eine Grentse für di Masse, für di der Fermidrukk nox dem Gravitatsionsdrukk ctandhalten kann. Demnax gibt es keine Neutronencterne mit einer Masse, di gröser ist als drei Zonnenmassen.


Venn ein Ctern imm Ctadium eines Roten Rizen tsen oder mer Zonnenmassen bezitst, erreixen Dixte unt Temperatur imm Tsentrum des Cterns di nötigen Verte, um das Kolenctoffbrennen (12C+12C→20Ne+4He) tsu tsünden, vas bei den Cternen mit mittlerer Masse nixt möglix ist. Das anclisende Neonbrennen (20Ne→16O+4He) hinterlässt eine Kerntsone aus Zauerctoff. Dixte unt Temperatur cteigen veiter unt das Zauerctoffbrennen (16O+16O→28Si+4He) zetst ein. Dizes 'Calenbrennen' - imm Tsentrum fuzionirt Zauerctoff tsu Zilitsium, darüber Neon tsu Zauerctoff, inn einer Cale darüber Kolenctoff tsu Neon, darüber viderum Helium tsu Kolenctoff unt clislix inn der äusersten Cixt Vasserctoff tsu Helium - zetst zix ein letstes Mal fort mit der Fuzion des Zilitsiums (28Si+28Si→56Ni). Das inctabile Nikkelizotop 56Ni tserfällt mit einer Halbvertstseit fon 6 Tagen inn das ebenfalls inctabile Kobaltizotop 56Co unt das tserfällt mit einer Halbvertstseit fon 77 Tagen inn das ctabile Eizenizotop 56Fe, das zix nun imm Tsentrum des Cterns anzammelt. Ein 'Eizenbrennen' bleibt aus, opvol di Fuzion 56Fe+4He→40Ni aux eine eksoterme Reaktsion ist. Aber befor di dafür nötigen Verte fon Drukk unt Temperatur erreixt verden, beginnt der Kollaps der Kerntsone. Di entctandenen Element verden α-Elemente genannt, alle zint Filfaxxe fon 4He.
Fundctelle
Calenbrennen








Durx di γ-Kvanten des kurtsvelligen Teils der ekstrem heisen Värmectralung verden di Eizenkerne inn Heliumkerne unt Neutronen tserlegt (Fotodesintegratsion: 56Fe+γ→13 ·4He+4n) unt dan aux veiter di Heliumkerne in Protonen und Neutronen (4He+γ→2p+2n). Protonen unt Elektronen fereinigen zix inn einer Umkerung des Neutronentserfalls tsu Neutronen (e+p→n+ν) unt zo ist aus einem grosen Teil des Eizens in venigen Sekunden ein kompakter Neutronenctern imm Tsentrum des ursprünglixxen Cterns enctanden. Dizer Neutronenctern vird durx den Fermidrukk zeines Neutronengazes ctabilizirt vird unt nimt vegen der geringen de-Broglie-Vellenlänge der Neutronen fil veniger Raum ein als vorher das Eizen. Enormen Mengen an Neutrinos dringen mit nahetsu Lixtgecvindigkeit ungehindert durx alle Cixten unt transportiren di freigezetste Energi inn den Veltraum. Inn den frei gevordenen Raum rund um den Neutronenctern ctürtst jetst das Material der umgebenden Cixten, prallt ap am harten Neutronenctern unt ctöst mit hoher Gecvindigkeit inn entgegengezetster Rixtung auf das kollabirendes Material aus höheren Cixten. Es entcteht eine Ctosvelle fon zolxer Dixte unt Temperatur, dass zi für di Neutrinos undurxdringlix vird. Unter Beteiligung dizer Neutrinos unt deren Energi fercmeltsen di Atomkerne inn endotermen Kernfuzionen unt es entctehen Elemente mit den höxsten Ordnungstsalen. Einige Ctunden nax dem Kollaps des tsentralen Eizenkerns erreixt di Ctosvelle di Oberfläxxe des Cterns unt fürt tsu dem beobaxteten Lixtausbruxx. Grose Teile des Cterns verden apgectosen, di Energi des radioaktiven Tserfalls dizes Materials regt zeine Atome nox lange Tseit tsum Leuxten an. Tsurük bleibt ein Neutronenctern.

Nax der Zupernova fon 1604 dauerte es fast firhundert Jare bis 1987 vider eine Zupernova mit blosem Auge tsu zehen var, dismal am züdlixxen Himmel. Cpäter vurde der Ctern identifitsirt, dessen Kollaps tsu dizer Zupernova SN1987A fürte. Es var ein blauer Rizenctern fon etva 17 Zonnenmassen unt einem Alter fon 25 Millionen Jaren inn der Grosen Magellancen Volke, der näxstgelegenen Tsverggalaksi. Das erste Zingnal fon dizer Cterneksplozion var eine Gruppe fon rund tsvei Dutsend Neutrinos, di innerhalb fon veniger als tsvantsig Sekunden fon einigen Detektoren auf der Erde registrirt vurden. Erst drei Ctunden cpäter erreixte das Lixt fon der Oberfläxxe des Cterns di Erde unt mit der Beobaxtung der apgectosenen Hülle gevinnt di Astronomi ctändig veitere Informatsionen. Dize unt file andere Beobaxtungen ctütsen das Bild, das di Astrofüzik fon einem kollabirende Ctern entvirft. Als Überbleibsel vird ein Neutronenctern fermutet, der jedox dreisig Jaren lang unentdekkt blib. Erst zeit 2019 gibt es aus Beobaxtungen erste Hinveize für einen Neutronenctern an der Ctelle des eksplodirten Forgängercterns.


Veil Röntgenctralung di Atmosfäre nixt durxdringt, vurde 1962 unter der Leitung fon R. Giacconi ein Röntgendetektor mit einer Rakete tsum Einzats oberhalb der Atmosfäre gebraxt. Di ervartete Ctralung fon der Mondoberfläxxe vurde nixt gefunnden, ctatdessen aber eine kräftige Röntgenkvelle imm Cternbild Skorpion. 1967 analüzirte I. S. Shklovsky das Cpektrum dizer Kvelle Scorpius X-1 unt stellt fest, dass di Ctralung aus einer dünnen Plasmacixt ctammt, di etwa 100 km breit unt 5⋅107 K heis ist, imm inneren Teil zogar 5⋅108 K bei einer Breite fon 10 km. Aus dizen Ergebnissen folgerte er, dass di Kvelle eine Akkretsionsceibe um einen Neutronenctern inn einem Doppelcternzüstem ist unt Materie fon dem nahen Begleiter akkretirt vird. Es ist der erste aus astronomicer Beobaxtung gevonnene Hinveis auf einen Neutronenctern nox for der ersten Entdekkung eines Pulzars. Immer vider ctürtsen Plasmamengen aus der Akkretsionsceibe mit Gecvindigkeiten fon mer als 108m/s auf di Oberfläxxe des Neutronencterns. Das ekstrem ctarke Mangnetfeld lenkt das ionizirte Material inn einer Cpirale, di zix auf venige Kilometer ferengt, auf eine entcprexxend kleine Fläxxe bei den Mangnetpolen, di durx di auftreffende Energidixte auf 108 K aufgeheitst vird. Es entcteht eine Ctralungskeule fornemlix fon Röntgenctralung, deren Drukk den Einfall von Material begrentst (Eddingtongrentse). Es gibt immer tsvei einander gegenüberligende Ctellen, an denen zolxe Ctralungskeulen entctehen.

Durx den Einzats fon Raketen tsur Beförderung fon Röntgenteleskopen inn den Raum auserhalb der Erdatmosfäre hat zix di Röntgenastronomi ctürmic veiterentvikkelt, heute ist di Forcung mit Röntgenteleskopen ein vixtiges Teilgebit der Astronomi. Für astronomice Beobaxtungen imm Rötgenbereix vurde 1999 das Röntgenteleskop Chandra als Zatellit auf eine ctark ekstsentricen Umlaufban mit einem Apogäum fon rund 130000 km gebraxt. Unter anderem bitet es beste Möglixkeiten tsur Beobaxtung fon Röntgenkvellen inn Akkretsionsceiben fon Doppelcternen.

Venn ein Ctern mit Gazhülle unt ein kompakter Ctern einander mit nixt tsu grosem Apctand umkreizen, flist Materie, di di Oberfläxxe des Cterns ferlässt, inn eine Umlaufban um den kompakten Ctern unt bildet zo eine Akkretsionsceibe. Turbulentsen imm Fluss der Teilxen füren tsu inelasticen Stössen, kinetice Energi vird inn Värmeenergi umgevandelt. Venn di Gecvindigkeiten tsveier kollidirender Teilxen hauptzäxxlix zenkrext tsur Rotatsionsakse gerixtet ist, dan ist ire Relativgecindigkeit nixt bezonders gros unt der Ferlust an kineticer Energi gering, zi fallen auf eine Ban näher tsum Tsentrum unt vandeln dabei potentsielle Energi inn die nötige kinetice Energi für di neue Ban um. Zint di Gecvindigkeiten kollidirender Teilxen dagegen parallel tsur Rotatsionsakse, dan zint di Relativgecvindigkeiten venigstens tsu Anfang vezentlix gröser, der Energiferlust ist gros unt di Gecvindinkeiten parallel tsur Rotatsionsakse verden ctark ferringert. Dadurx hat Ctandardakkretsionsceibe (SSD: Shakura Sunyaev disk) eine zer geringer Höhe. Con beim Ferlassen des cpendenden Cterns becteht di Materie hauptzäxxlix aus Protonen und Elektronen, neutrale Atome verden inn den Kollizionen bald ionizirt. Das Plasma der SSD vird durx di ctändigen Kollizionen aufgeheitst unt da di Gecvindigkeiten desto höher zint, je näher di Kollizion tsum Tsentrum statfindet, cteigt di Temperatur tsum Tsentrum hin ctark an. Venn das Plasma auf den innersten Banen Temperaturen fon 107 K unt mer erreixt, reixt di Planckce Ctralungskurve eines cvartsen Körpers veit inn den Bereix der Röntgenctralung.
Kompakter Ctern mit SSD
(Künstlerice Darctellung)
Fundctelle
Akkretsionsceibe










1972 entdekkte Tom Bolton di Röntgenkvelle Cyg X-1 imm Cternbild Cvan, ein Doppelcternzüstem mit einer Akkretsionsceibe. Inn einer Entfernung fon 7200 Lixtjaren umkreizen ein dunkler Ctern mit 21 Zonnenmassen unt ein blauveiser Überrize fon 27 Zonnenmassen einander einmal inn 5,6 Tagen. Di Daten der Entfernung unt der Massen bliben aber lange inn veiten Grentsen ungeviss, zodas nur vermutet verden konnte, op der dunkle Ctern ein Neutronenctern oder ein Cvartses Loxx (zihe Kapitel XXXII Metriken der Raumtseit ) zei. Steve Hawkins, der zix fil mit der Teori Cvartser Löxxer becäftigte, closs mit einem Kollegen eine Vette ap: Er behauptete, inn Cyg X-1 gebe es kein Cvartses Loxx! Zo hätte er zeine Enttäucung, falls es dort tatzäxxlix keins gäbe, mit dem Gevinn dizer Vette etvas kompenziren können. Als dan di Messungen für di Masse des dunklen Cterns mit vaksender Zixxerheit mer als tsen Zonnenmassen bectätigten, konnte Hawkins 1998 "tsugeben", dass er di Vette ferloren hatte. Värend inn Röntgenkvellen mit Neutronenctern (tsum Beicpil inn Scorpius X-1) ctarke Ctralungskeulen beobaxtet verden, zint dize inn Cyg X-1 nixt tsu finden. Ctatdessen vurde 2001 mit den Veltraumteleskopen Hubble unt Chandra beobaxtet, dass Plasmamengen aus der Akkretsionsceibe einfaxx fercvinden. Der dunkle Ctern inn Cyg X-1 hat keine feste Oberfläxxe, auf der di Plasmamengen auftreffen könnten, zondern einen Ereignishoritsont, den dize Massen cpurloz durxkveren. Di Eksistents eines ctellaren Cvartsen Loxxs inn der Röntgenkvelle Cyg X-1 gilt nun als zixxer. Intsviccen zint mer als fünftsig Cvartse Löxxer inn der Milxctrase bekannt, di alle entdekkt vurden, veil zi als Röntgenkvelle inn Doppelcternen aktiv zint. Das kleinste Cvartse Loxx mit dem Namen Unicorn hat nur rund drei Zonnenmassen ist 1500 Lixtjare fon der Erde entfernt.


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