Liebe Leserin, lieber Leser,
vor eintausend Jahren, in der Walpurgisnacht 1006, leuchtete im Sternbild Wolf (Lupus), an der Grenze zum Centauren, eine "Nova" auf. Der "neue Stern" übertraf bald die Venus an Helligkeit und gilt als die hellste schriftlich überlieferte Supernova. Aus unseren Breiten liegen wegen der Horizontnähe keine Sichtungen vor, auch wenn damals der "Wolf" wegen des Wanderns der Erdachse (etwas) höher stand. Mönche aus St. Gallen (Schweiz) berichteten aber von dem ungewöhnlichen Stern. In südlicheren Kulturen muss er über Monate hinweg Tagesgespräch gewesen sein.
Was da am Himmel hell erstrahlte und schließlich erlosch waren die Folgen einer thermonuklearen Detonation. Ein weißer Zwerg hatte seine ihm von der Quantenphysik gesetzte Massenobergrenze ignoriert und war explodiert. Das alles trug sich in 7000 Lichtjahren Entfernung zu. Da die Kunde von der Explosion sich mit Lichtgeschwindigkeit durch das All ausbreitet, lag das Unglück damals schon 7000 Jahre zurück.
So eine Supernova aus der "Nähe" zu sehen, ist der Traum eines jeden Astronomen. Wenn es denn passierte, hätte er vermutlich ein Problem. Ungeschützt würden die hochempfindlichen Detektoren an heutigen Großteleskopen angesichts der Lichtfülle augenblicklich erblinden.
Kommen Sie gut durch den April. Dieser Monat ist im übrigen der Aphrodite geweiht, der Venus.
Ihr Hans-Erich Fröhlich
Der Himmel im April
Venus ist etwas für Frühaufsteher. Allerdings ist die Zeit ihrer besten Morgensichtbarkeit vorbei. Jupiter nähert sich in Riesenschritten der Opposition und ist jetzt bereits fast die ganze Nacht über sichtbar. Mars und Saturn hingegen haben diese bereits lange hinter sich und verabschieden sich allmählich für diesmal.
Supergau: wenn ein weißer Zwerg explodiert
Sterne wie die Sonne enden als weißer Zwerg, erdgroß. Sie schaffen es,
zuvor die Heliumfusion zu zünden, d.h. Helium (was soviel wie Sonnenstoff bedeutet) thermonuklear in Kohlenstoff und Sauerstoff zu verwandeln. Die dabei freigesetzte Energie
reicht, den Verlust durch Abstrahlung zu decken und gewährt einen kleinen Aufschub. Ein Großteil des Heliums war zuvor durch die Wasserstofffusion erzeugt worden. Helium ist die "Asche" des Wasserstoff"brennens". Es thermonuklear zu Kohlenstoff zu verschmelzen ist beileibe nicht einfach, müssen doch nahezu gleichzeitig drei Heliumatomkerne (α-Teilchen) einander treffen und obendrein zusammenbleiben. Der Einfang eines weiteren, wobei Sauerstoff entsteht, ist dann unproblematisch.
Der Tripel-Alpha-Prozess ist genaugenommen der Schlüssel für alles "Höhere", das Denken eingeschlossen! Ohne Kohlenstoff und Sauerstoff – und dies bitte in einem ausgewogenen Verhältnis! – gäbe es keine organische Chemie und wäre Leben undenkbar.
(Entdeckt wurde dieser "Schlüssel" von einem Astrophysiker, dessen Eltern
auf der Flucht vor den Nazis Jena verlassen hatten.)
Wenn sich dermaleinst der dann riesige Sonnenball seiner Hülle entledigt, was ein
sehenswertes Schauspiel für die Bewohner anderer Sterne werden dürfte, kommt der heiße Sonnenkern aus Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O), der "Asche" der He-Fusion, zum Vorschein. Ein CO-weißer-Zwerg ist geboren. Der kühlt dann aus, was sich
über Jahrmilliarden hinzieht, da die Oberfläche klein und die innere Hitze es schwer hat, zu entweichen.
War's das? Nicht unbedingt, nicht in jedem Fall. Die Sternen"leiche" kann, was vielfach vorkommt, Mitglied eines Doppel- oder gar Mehrfachsternsystems sein. Das soziale Umfeld vermag sie ggf. zu neuem Leben zu erwecken. Plustert sich nämlich in einem engen Doppelsternsystem die andere Komponente irgendwann zu weit auf, gerät Sternmaterial in die gravitative Einflusssphäre des weißen Zwergs und regnet auf ihn ab. Dieses Einverleiben nachbarlicher Masse hat Konsequenzen. Die harmlosere ist, dass der übergeströmte Wasserstoff, hat sich davon im Laufe der Jahre
hinreichend viel (etliche Erdmassen) abgelagert, thermonuklear explodiert. So etwas nennt man eine Nova. Das ist eine Art kosmische Wasserstoffbombe, bloß dass das den
weißen Zwerg nicht ernstlich bedroht. Betroffen ist nur die Haut, seine alleräußerste Schicht. Nach Jahrtausenden mag sich wiederum eine kritische Masse angesammelt haben, und es kommt erneut zu einem Nova-Ausbruch.
Es kann aber wirklich schlimm kommen – zu einer Ia-Supernova, und zwar dann, wenn der weiße Zwerg so viel zugenommen hat, dass er an seine kritische Grenzmasse von 1,4 Sonnenmassen stößt. In der Tat hat man bei einem Ia-Supernova-Überrest den
Spenderstern ausfindig machen können. (Bei allen anderen Supernovatypen handelt es sich um massereiche Sterne, deren Eisen-Kern zu einem Neutronenstern oder schwarzen Loch kollabiert, wobei die Hülle des Sterns im Normalfall abgeworfen wird, was den anfänglichen Anstieg der Leuchtkraft erklärt.) Um die Explosion zu verstehen, muss ich ein klein wenig ausholen. In einem Stern wie die Sonne halten sich Gasdruck und Schwere die Waage. Bei (idealen) Gasen ist der Druck sowohl der Dichte als auch der Temperatur proportional. Für die solare Reaktorsicherheit ist dies entscheidend. Drohen irgendwo im Sonnenkern die thermonuklearen Reaktionen außer Rand und Band zu geraten, dehnt sich das
betroffene Gebiet wegen des Temperatur- und damit verbundenen Druckanstiegs ein wenig aus. Die Gastemperatur geht daraufhin wieder zurück und mit ihr die Reaktionsrate. Der Fusionsreaktor der Sonne ist von Natur aus sicher! Anders bei einem weißen Zwerg. Hier herrscht eine Balance zwischen dem quantenmechanischen Druck des Elektronengases und der Schwere. Dieser sog. Entartungsdruck ist letztlich eine Folge der Heisenbergschen Unschärferelation. Enge ich durch Zusammenpressen den Spielraum eines freien Elektrons ein, erhöht sich der Impuls, also die Gewalt, mit der so ein Elektron gegen die Mauern seines Gefängnisses anrennt. Das aber ist nichts anderes als der Druck, und der hat nun im Extremfall rein gar nichts mehr mit der Temperatur zu tun, sondern bloß noch mit der Dichte. Das hat fatale Folgen. Eine Temperaturerhöhung, ausgelöst durch eine zufällig erhöhte thermonukleare Reaktionsrate, zieht keine
Druckerhöhung nach sich (jedenfalls nicht unmittelbar). Das betroffene Gebiet eagiert
nicht darauf und die Kernreaktion hat Zeit, "durchzugehn", weil die Reaktionsraten bei Temperaturerhöhung in die Höhe schnellen, was wiederum die Temperatur erhöht. Einem solchen Teufelskreis ist vor eintausend Jahren ein weißer Zwerg im Sternbild Wolf zum Opfer gefallen. Die Quantenmechanik erlaubt nämlich nur weiße Zwerge bis zu einer bestimmten Masse, der sog. Chandrasekharschen Grenzmasse. Das hat damit zu tun, dass bei sehr hohen Drücken sich relativistische Effekte bemerkbar machen. Läd sich ein solcher Zwerg nahe dem kritischen Zustand zuviel
(und zu schnell) Materie auf, schrumpft er, die Dichte steigt und plötzlich einsetzende Kernfusionsreaktionen breiten sich unkontrolliert im Stern aus.
Wie das im einzelnen vonstatten geht, ist Gegenstand intensiver numerischer Simulierungen
an Supercomputern. (Die Theorie explodierender weißer Zwerge hat weitreichende Auswirkungen. Diese Supernovae gleichen einander wie ein Ei dem andern (also nicht ganz),
weil ihnen allen ein weißer Zwerg im kritischen Zustand zugrunde liegt, und sie sind weithin sichtbar. Die Kosmologen gebrauchen die Ia-Supernovae deshalb als "Standardkerzen", um die Vergangenheit des Universums auszuloten. Auf die "dunkle Energie" haben uns explodierende weiße Zwerge aufmerksam gemacht!) Wie beim Automotor hängt die Effiziens des "Verbrennungs"vorgangs sehr von Zündung und turbulenter Durchmischung ab, soll das ganze nicht in einem harmlosen "Puff" enden. Doch keine Angst,
die Natur ist ein gewiefter Bombenbauer: Binnen weniger Sekunden geht so ein weißer Zwerg im thermonuklearen Inferno zugrunde. Er explodiert restlos. Und nur noch eine sich verflüchtigende Glutwolke von Fusionsprodukten, im wesentlichen Eisen und Nickel, kündet noch eine Weile von dem ehemaligen CO-Zwerg, der die Regeln der Quantenmechanik zu übertreten trachtete.
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