Abenteuer-Universum

Hallo liebes Forum,

mir geht neben anderen Fragen auch mal wieder ein Problem mit den weissen Zwergen durch den Kopf.

Aus welchen Elementen besteht ein weisser Zwerg.? Das habe ich bei Wikipedia schon gelesen, nämlich fast überwiegend aus Sauerstoff und Kohlenstoff. Durch den enormen Druck müssten doch beide Elemente ( auch wenn C in Form von Diamanten vorliegt) zu CO2 fusionieren?
Kann es sein, dass ich einen Denkfehler begehe?

LG

Dares

Das kannst du bei den Bedingungen (Druck, Temperatur) wohl vergessen.
Da sind in dem Sinne keine normalen, zeitlich stabilen chemischen Verbindungen mehr vorhanden, wie man sie auf der Erde kennt.
CO2 z.B. zerfällt auch auf der Erde wieder zu Sauerstoff und Kohlenstoff, wenn man es nur heiß genug macht.
Das hat was mit Enthalpie und Entropie zu tun und damit, dass es zu jeder chemischen Reaktion eine Rückreaktion gibt: In welche Richtung eine Reaktion bevorzugt abläuft hängt von den Bedingungen ab.
Bei sehr hohen Drücken kann es dann auch bei hohen Temperaturen doch zu Verbindungen kommen, aber zu keinen, wie wir sie hier kennen, denn diese dürften nur wohl i.d.R. eher sehr kurzzeitig bestehen.
Eher würde ich erwarten, dass sich beim Erliegen kommen von Kernreaktionen Schalen im Stern bilden sollten: die schwereren Elemente innen, die leichteren außen (Sauerstoff ist schwerer als Kohlenstoff), jedoch immer noch etwas durchgewirbelt von Konvektionsströmungen.

Aber allgemein sind statt chemischen Reaktionen in den heißen Plasmen (= "Suppe" aus freien Ionen oder gar Atomkernen und freien Elektronen) der Sterne eher Kernreaktionen interessant.

Gruß
seeker

Schau dir dein Feuerzeug-Gas an.
In flüssiger Form benötigt es weniger Platz.
Nehmen wir an, du hast 1m³ Feuerzeug-Gas und presst es auf 0.2m³ zusammen - dann geht ein großer Teil über in flüssigen Zustand.
Wenn der Druck wieder kleiner wird, lösen sich die Moleküle wieder und wechseln aus der Flüssigkeit in das Gas-dominierte Volumen über.
Ein Gas-Gemisch verbraucht weniger Platz und verbraucht gemischt weniger Platz im Gravitations-Druck-bedingten Höhengefälle.

Werden die Bestandteile flüssig, verbrauchen sie oft getrennt weniger Platz. In festem Zustand ist es oft auch so, dass sie fast immer getrennt weniger Platz verbrauchen; was jedoch stark von den Elementen und Molekülen abhängt, welche daran beteiligt sind.
Das Innere von Planetoiden unter hohem Druck ist aber eher mit einem Gelee statt mit Flüssigkeiten oder Feststoffen vergleichbar.

seeker hat geschrieben:Aber allgemein sind statt chemischen Reaktionen in den heißen Plasmen (= "Suppe" aus freien Ionen oder gar Atomkernen und freien Elektronen) der Sterne eher Kernreaktionen interessant.

Guter Gedanke: heisst das, dass es jenseits des uns bekannten Periodensystems noch andere Elemente geben könnte?

LG

Dares

Dares hat geschrieben:

seeker hat geschrieben:Aber allgemein sind statt chemischen Reaktionen in den heißen Plasmen (= "Suppe" aus freien Ionen oder gar Atomkernen und freien Elektronen) der Sterne eher Kernreaktionen interessant.

Guter Gedanke: heisst das, dass es jenseits des uns bekannten Periodensystems noch andere Elemente geben könnte?

LG

Dares

Ich denke mal er versucht auf deine Frage einzugehen und erklärt dir , dass bei diesen Temperaturen die chemischen Reaktionen eher gaga sind, es aber wohl auf die Kernreaktionen ankommt.

Frank hat geschrieben:Ich denke mal er versucht auf deine Frage einzugehen und erklärt dir , dass bei diesen Temperaturen die chemischen Reaktionen eher gaga sind, es aber wohl auf die Kernreaktionen ankommt.

Das Eine schliesst das Andere nicht aus. Es ist doch egal wie chemische Prozesse ablaufen, sei es nun durch chemische Prozesse oder in Form von Kernverschmelzung.?

LG

Dares

Dares hat geschrieben:Es ist doch egal wie chemische Prozesse ablaufen, sei es nun durch chemische Prozesse oder in Form von Kernverschmelzung.?

Chemie ist im wesentlichen die Physik der Atomhüllen. Eine Chemie der Kerne gibt es schon wegen dieser Definition nicht.
Bei sehr hohen Energien sind die in der Hülle auftretenden Energien vernachlässigbar klein. Chemische Elemente kommen dann nicht mehr vor. - Du musst Dir verdeutlichen, dass Atome nichts fundamentales oder festes sind.

Dares hat geschrieben:Das Eine schliesst das Andere nicht aus.

Das Periodensystem dürfte im wesentlichen abgeschlossen sein, obwohl man nicht ausschliessen kann, dass unter exotischen Bedingungen noch das eine oder andere sehr schwere Element für kurze Zeit erzeugt werden kann.
Du bezeichnest es zwar so, denkst aber nicht an das Periodensystem oder chemische Elemente; Du denkst an andere Materieformen und Materiezustände.
Und ja, da gibt es schon manches. Andere Materieformen, also auf Atomen basierende, wären solche, die nicht aus den Quarks up und down und dem Elektron zusammengesetzt sind. Davon gibt es recht viele, wovon jedes sein eigenes Periodensystem besitzt. Für alle diese Teilchen gilt jedoch, dass sie nicht stabil sind, oder aber aus Antimaterie bestehen, und bei Kontakt mit unserer Materie zerstrahlen. Unser Periodensystem ist soz. das der stabilen Materie.
Auch andere Materiezustände, also solche, in denen es keine Atome mehr gibt, existieren durchaus. Das Plasma, mit ionisierten Atomen, und das Bose-Einstein-Kondensat gehören dazu, aber auch supraleitendes Material.
Und ein paar noch exotischere Teilchen(-systeme).

Dares hat geschrieben:heisst das, dass es jenseits des uns bekannten Periodensystems noch andere Elemente geben könnte?

Ja, gibt es.
Die sind aber alle radioaktiv, also instabil, schnell zerfallend.
Es sollte zwar laut Theorie weiter oben noch "Inseln der Stabilität" bei den superschweren Elementen geben, das heißt aber nicht, dass diese in dem Sinne stabil wären, wie wir das von den meisten bekannten Elementen kennen. Es heißt vielmehr, dass diese stabilieren Elemente nicht ganz so schnell zwerfallen, wie andere dort oben, also z.B. wieder eine "außerordentlich große" Halbwertszeit im Sekundenbereich haben.

Genau, ansonsten kann man sich das auch aus meiner Sicht so vorstellen, wie positonum das gesagt hat.

Grüße
seeker

Die Stabilität hängt auch von der Umgebung ab, primär von der aktuellen Vakuum-Energiedichte, Fluktuationsspektrum und dergleichen.
Denkbar ist auch eine aquisierte Anomalie von Atomkernen unter bestimmten Bedingungen, welche das ganze stabil machen könnte (zugegebenermaßen vermutlich nicht innerhalb dieses Universums verwirklicht).

Dares hat geschrieben:

seeker hat geschrieben:Aber allgemein sind statt chemischen Reaktionen in den heißen Plasmen (= "Suppe" aus freien Ionen oder gar Atomkernen und freien Elektronen) der Sterne eher Kernreaktionen interessant.

Guter Gedanke: heisst das, dass es jenseits des uns bekannten Periodensystems noch andere Elemente geben könnte?

Hallo zusammen,

in diesem Thread scheint mir etwas nicht ganz korrekt gelaufen zu sein. Ich möchte das gerne noch ergänzen:

Fangen wir mit (2) an: bei einem Sternkollaps, der aber noch gestoppt werden kann, beispielsweise durch das Pauli'sche Ausschliessungsprinzip für Neutronen, ist beim Eisen "Schluss". Denn ab dem Eisen müsste man Energie in das System hineinstecken, um eine weitere Fusion zu erreichen. Deswegen werden bei den AKW, die mit Uran oder Plutonium arbeiten, Kerne gespalten und nicht fusioniert.

Im Sterninneren geht es also bis Eisen, aber nicht weiter und schon gar nicht "jenseits des bekannten Periodensystems". Das ist übrigens die Nukleosynthese.

Vorsicht noch: auch leichte Kerne können durch Spaltung Energie freisetzen, beispielsweise wenn Lithium zu Helium kernverbrannt wird. Dies kann bei genügend massereichen jungen Braunen Zwergen neben der Kernfusion von Deuterium zu Helium passieren.


Nun zu (1), den Weissen Zwergen; hier kann man 3 Typen unterscheiden:
1. bei den leichten Weissen Zwergen war nicht genügend Energie vorhanden, um das Helium weiter zu verschmelzen, so dass sie einen Kern aus Helium haben
2. bei den die mittelschweren Weissen Zwergen konnte Kohlenstoff und Sauerstoff hergestellt werden, welches sich nun in ihrem Kern befindet
3. bei den schweren Weissen Zwergen konnte sogar Neon erzeugt werden, so dass ihr Kern aus Sauerstoff und Neon besteht.

Physikalisch gibt es noch einen weiteren Typ "Weisse Zwerge", nämlich die ultraleichten: das sind solche, deren Kern aus entartetem Wasserstoff besteht. Astronomisch sind das aber Braune Zwerge, die einfach eine genügend hohe Masse haben.

Schwerere Weisse Zwerge indes kann es nicht geben, weil dann soviel Masse beisammen ist, dass das Pauli'sche Ausschliessungsprinzip für Elektronen den Gravitationskollaps nicht aufhalten kann. Kann aber das Pauli'sche Ausschliessungsprinzip für Neutronen den Gravitationskollaps aufhalten, so entsteht ein Neutronenstern.

Somit findet man im Inneren von Weissen Zwergen keine Elemente mit höherer Ordnungszahl als Neon, das hat die Ordnungszahl 10.


Freundliche Grüsse, Ralf

Von ultraleichen Weißen Zwergen habe ich bisher noch nichts gehört - sie als Braune Zwerge zu bezeichnen, da würde ich dir zustimmen. Ja, die Braunen können im Kern eine entartete Elektronengaskomponente aufweisen. Allerdings hat für mich ein Weißer Zwerg eine sehr hohe Oberflächentemperatur (weshalb er ja weiß erscheint), ein Brauner dagegen ist ziemlich kühl.

Gruß
gravi

gravi hat geschrieben:Von ultraleichen Weißen Zwergen habe ich bisher noch nichts gehört - sie als Braune Zwerge zu bezeichnen, da würde ich dir zustimmen.

Hallo gravi,

diese Bezeichnung stammt von mir zur besseren Veranschaulichung.

Grundsätzlich kann man sich 5 Typen entartete Körper vorstellen:
1. entartete Körper aus Wasserstoff, d.h. keine Nukleosynthese --> massereicher Brauner Zwerg / "ultraleichter Weisser Zwerg"
2. entartete Körper aus Helium, d.h. nur Nukleosynthese Stufe 1 --> "leichter Weisser Zwerg"
3. entartete Körper aus Kohlenstoff und Sauerstoff, d.h. nur Nukleosynthese Stufe 2 --> "mittelschwerer Weisser Zwerg"
4. entartete Körper aus Sauerstoff und Neon, d.h. nur Nukleosynthese Stufe 3 --> "schwerer Weisser Zwerg"
5. entartete Körper, deren Gravitationskollaps vom Pauli-Prinzip für Neutronen gestoppt wird, d.h. alle Nukleosynthese Stufen --> "Neutronensterne"

(1) - (4) wird der Gravitationskollaps vom Pauli-Prinzip für Elektronen gestoppt
(5) wird der Gravitationskollaps vom Pauli-Prinzip für Neutronen gestoppt

gravi hat geschrieben:Ja, die Braunen können im Kern eine entartete Elektronengaskomponente aufweisen. Allerdings hat für mich ein Weißer Zwerg eine sehr hohe Oberflächentemperatur (weshalb er ja weiß erscheint), ein Brauner dagegen ist ziemlich kühl.

Na ja, die ultrakühlen Weissen Zwerge sind weniger warm als unsere Sonne, siehe z.B. hier.

Das astronomische Kriterium für einen Weissen Zwerg ist meines Wissens, dass sie
A. zuvor ein Hauptreihenstern waren und
B. der Gravitationskollaps vom Pauli-Prinzip für Elektronen gestoppt wird

Das trifft nur auf (2), (3) und (4) zu, also insbesondere nicht auf die Körper, die aus entartetem Wasserstoff bestehen, also (1).


Freundliche Grüsse, Ralf

ralfkannenberg hat geschrieben: 1. entartete Körper aus Wasserstoff, d.h. keine Nukleosynthese --> massereicher Brauner Zwerg / "ultraleichter Weisser Zwerg"

Mal eine Verständnisfrage.

Ein weisser Zwerg ist zwar recht überschaubar, aber sehr schwer, weil auch unsere Sonne einmal auf die Größe der Erde schrumpfen , aber trotzdem sehr massereich sein wird.

Ein brauner Zwerg hat aber höchstens 75 Jupitermassen.

Die Existenz substellarer Objekte mit geringen Massen, weniger als 8% derjenigen der Sonne, wurde in den frühen 60er Jahren des letzten Jahrhunderts in Theorien als verhinderte Sterne (failed stars) vorausgesagt. Erst 1995 gelang ihr endgültiger Nachweis. Ein "richtiger" Stern muss mehr als 0,07 Sonnenmassen (entsprechend 75 Jupitermassen) aufweisen, damit Kernfusionen des Wasserstoffs zu Helium bei etwa 10 Millionen [K] in seinem Innern ablaufen können. Braune Zwerge , deren Massen zwischen 13 und 75 Jupitermassen liegen, sind jedoch nicht in der Lage, genügend Gravitationsdruck und damit die erforderlichen Zentraltemperaturen zu erzeugen. Ab einer Masse von etwa 13 Jupitermassen können sie aber das wenige vorhandene, primordiale (= urzeitliche) Deuterium (so genannter Schwerer Wasserstoff, bestehend aus einem Proton und einem Neutron) mit Wasserstoff verschmelzen, wobei ein Gamma- Quant freigesetzt wird:

http://abenteuer-universum.de/sterne/brzwerg.html

Aus was für einem "Stern" soll denn ein sogenannter ultraleichter weisser Zwerg entstanden sein, wenn nur max. 75 Jupitermassen übrig bleiben?

Frank hat geschrieben:

ralfkannenberg hat geschrieben: 1. entartete Körper aus Wasserstoff, d.h. keine Nukleosynthese --> massereicher Brauner Zwerg / "ultraleichter Weisser Zwerg"

Mal eine Verständnisfrage.

Ein weisser Zwerg ist zwar recht überschaubar, aber sehr schwer, weil auch unsere Sonne einmal auf die Größe der Erde schrumpfen , aber trotzdem sehr massereich sein wird.

Hallo Frank,

ein Weisser Zwerg hat zwar eine sehr hohe Dichte, aber die Chandrasekhar-Grenze liegt bei rund 1.46 Sonnenmassen.

Die grosse Mehrheit der Weissen Zwerge hat Massen zwischen 0.5 und 0.7 Sonnenmassen, also weniger als 1 Sonnenmasse, und die leichten, die es eigentlich aufgrund des zu geringen Alters des Universums noch gar nicht geben dürfte, nur rund 0.2 Sonnenmassen.

Solche entstehen dadurch, dass sie Teil eines engen Doppelsternsystems sind und ihr Doppelstern-Partner ihnen Masse und damit "Brennstoff" absaugt.

Frank hat geschrieben:Aus was für einem "Stern" soll denn ein sogenannter ultraleichter weisser Zwerg entstanden sein, wenn nur max. 75 Jupitermassen übrig bleiben?

Ich merke einmal mehr, dass die Wortwahl "ultraleichter Weisser Zwerg" missverständlich ist: dies ist die physikalische Beschreibung eines solchen Körpers, nicht die astronomische. Astronomisch sind Weisse Zwerge wie ich oben geschrieben habe körper, die einmal ein Hauptreihenstern waren und deren Gravitationskollaps vom Pauli-Prinzip für Elektronen gestoppt wird.

Wobei historisch die Weissen Zwerge noch eine Bedeutung haben, und da haben sie auch ihren Namen her: damals konnte man Entferungen nur bis etwa 5 Parsec (gut 16 Lichtjahre) bestimmen und in diesem bereich ist ein Stern mit einer scheinbaren Helligkeit wie sie die Weissen Zwerge haben eine Rote Zwergsonne, also vom Spektraltyp M.

Als man dann die Spektraluntersuchungen gemacht hat, stellte sich zur völligen Verblüffung der Astronomen heraus, dass diese am völlig falschen Ende des Spektrums waren, so dass ihnen das Ergebnis völlig absurd vorkam. Dass sie aufgrund der scheinbaren helligkeit sehr klein sein mussten war offensichtlich und aufgrund ihres Spektrums nannte man sie dann "Weisse Zwerge". Ganz konkret waren das derer drei, nämlich 40 Eridani B, der Sirius-Begleiter und Maanen2, der heutige "Van Maanens Stern". Vom Procyon-Begleiter hatte man das zwar auch vermutet, doch reichten die damaligen Beobachtungsmöglichkeiten noch nicht aus, das auch zu bestätigen.


Freundliche Grüsse, Ralf

Moin Ralf,

interessant finde ich, dass braune Zwerge existieren mit angenehmer Oberflächentemperatur. Von der Gravitation abgesehen könnte man sich da niederlassen ...

nocheinPoet hat geschrieben:Moin Ralf,

interessant finde ich, dass braune Zwerge existieren mit angenehmer Oberflächentemperatur. Von der Gravitation abgesehen könnte man sich da niederlassen ...

Hallo Manuel,

angenehm ?? Bei WISE 0855−0714 müsstest Du ein Iglu bauen. Der ist ürbigens nicht einmal weit weg, das 4.nächste "Sternsystem" von uns aus.

Du meinst aber vermutlich WISE 1828+2650; der ist fast 25°C warm und 47 Lichtjahre entfernt. Diesen habe ich auch in meinem Monatsbeitrag auf dem Jugendforum vom September 2012 vorgestellt.


Freundliche Grüsse, Ralf

Na ja, das mit der Oberflächentemperatur ist ja eh schwierig bei Gasbällen.
Normalerweise wird das auf Nullniveau angegeben, also bei 1 bar Druck, wie ihr wahrscheinlich wisst. Iglu-bauen ist mitten in den Wolken schwierig.

By the way: Weiß eigentlich jemand, wo man eine Temperaturkurve (in Abhängigkeit vom Abstand r zum Zentrum) z.B. für den Jupiter findet, würd mich interessieren. Es dürfte weiter drinnen sehr viel heißer werden.

Grüße
seeker

seeker hat geschrieben:Na ja, das mit der Oberflächentemperatur ist ja eh schwierig bei Gasbällen.
Normalerweise wird das auf Nullniveau angegeben, also bei 1 bar Druck, wie ihr wahrscheinlich wisst. Iglu-bauen ist mitten in den Wolken schwierig.

Hallo seeker,

ja natürlich, ich war stillschweigend davon ausgegangen, dass da schon irgendwie eine Art "Schwebevorrichtung" besteht.

seeker hat geschrieben:By the way: Weiß eigentlich jemand, wo man eine Temperaturkurve (in Abhängigkeit vom Abstand r zum Zentrum) z.B. für den Jupiter findet, würd mich interessieren. Es dürfte weiter drinnen sehr viel heißer werden.

Leider nicht, dennoch könnte Dich diese Arbeit interessieren, die ich hier gefunden habe und vielleicht gibt es da auch gute zusätzliche Referenzen:

Dissociation of MgSiO₃ in the Cores of Gas Giants and Terrestrial Exoplanets (Koichiro Umemoto, Renata M. Wentzcovitch, Philip B. Allen)


Freundliche Grüsse, Ralf


EDIT 19.01.2017, 10:45 Uhr: missverständliches "nein" durch "leider nicht" ersetzt

Hallo zusammen,

ich habe gesehen, dass es bei den Weissen Zwergen hier im Forum (und offen gestanden auch bei mir ...) noch zahlreiche offene Fragen gibt.

Habt Ihr Lust, einmal gemeinsam ein Paper zu besprechen, in dem der "Werdegang" in der Entwicklung von Weissen Zwergen sehr schön an einem Beispiel thematisiert erörtert wird ? Ich hatte vorhin das Forum durchsucht, aber keinen Thread zu diesem Thema gefunden, so dass Ihr dieses Beispiel damals (Februar 2014) vermutlich nicht vorgestellt habt.

Diese Besprechung kann problemlos qualitativ erfolgen, d.h. man braucht sich da nicht durch unverständliche Formeln hindurchzuquälen.


Es handelt sich um ein Dreifachsystem, in dem mittlerweile alle 3 Komponenten einen Gravitationskollaps erlitten haben: die massereichste zu einem Neutronenstern, die zweit-massereichste Komponenten zu einem mittelschweren Weissen Zwerg, dem in unserer "Epoche" am häufigsten vorkommenden Typ Weissen Zwerge, und die dritte Komponente zu einen leichten Weissen Zwerg, den es an sich aufgrund des noch zu tiefen Weltalters gar nicht geben dürfte; dieser Typ wird dann in einigen 10 Milliarden Jahren - also einem Mehrfachen des heutigen Weltalters - der häufigste Typ Weisser Zwerg sein.

Allerdings kann ein enger Sternpartner einem leichten Partnerstern Masse und somit Brennstoff absaugen, was zur Folge hat, dass dann auch heutzutage schon solche Weisse Zwerge gefunden werden; im vorliegenden Fall hat sich natürlich der Neutronenstern "bedient".

Da gab es dann zuvor noch Phasen, in denen sich die beiden Partnersterne innerhalb (!!!) des Roten Riesen befanden, aus dem dann der Neutronenstern entstanden ist.


Arbeit: Formation of the Galactic Millisecond Pulsar Triple System PSR J0337+1715 - a Neutron Star with Two Orbiting White Dwarfs (Thomas Tauris, Ed van den Heuvel)

(Hoffentlich) Laiengerechte Darstellung: linke Leiste, "Sternenhimmel" - Februar 2014, Monatsthema (man muss sich da leider etwas durchhangeln)


Könnte das ein Thema sein, welches auf Interesse stösst ?


Freundliche Grüsse, Ralf