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Röntgenbilder bei fast einer Milliarde bar

Aus der Geschwindigkeitsmessung der Schockwelle und Stärke, mit der die Röntgenstrahlung im Bereich der Schockwelle absorbiert wurde, konnten die Forscher die restlichen Daten ableiten und mit verschiedenen mathematischen Modellen vergleichen, die bislang für die Bedingungen in einem weißen Zwerg angenommen wurden. Je weiter sich die Schockwelle ins Innere der Kugel bewegte, desto höher wurde der Druck. Das Experiment erlaubte damit Messungen des Zustands der Materie von 100 bis 450 Millionen bar Druck.

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Ganz im Zentrum erreicht der Druck sogar fast eine Milliarde bar. Dieser Druck ist sogar höher als im Zentrum von den weißen Zwergen, die aus einem Stern wie der Sonne entstehen. Aber bei der maximalen Kompression ist keine Geschwindigkeit der Schockwelle mehr messbar, so dass es für diesen Zustand auch keine guten Messungen gab. Die Wissenschaftler waren ohnehin mehr an den Verhältnissen in den mittleren Schichten der weißen Zwerge interessiert, wo das superdichte Material von der Oberfläche absinkt, wenn es abkühlt und heißeres Material aus dem Inneren aufsteigt.

Weißen Zwergen fehlt zwar die Kernfusion als Energiequelle, aber sie sind dennoch lange Zeit sehr heiß und strahlen Wärme ab. Aber ohne die Zustandsgleichung der Materie im Inneren zu kennen, kann nicht berechnet werden, wie schnell der Wärmetransport abläuft, wieviel Energie sich überhaupt im Inneren eines weißen Zwergs befindet oder wie lange es dauert, bis er auskühlt.

In weißen Zwergen machen Atome alles anders

Schon vor dem Experiment war klar, dass der Kohlenstoff in einem weißen Zwerg aus einer besonderen Form von Plasma besteht. Ein einfaches Plasma, wie in einer Plasmalampe oder einem Blitz, ist ein dünnes Gas und den Atomen fehlen nur einige der äußersten Elektronen. Im Inneren eines weißen Zwergs können auch die Elektronen der innersten Schalen aus dem Atom entfernt werden. Die Elektronen bewegen sich dann unabhängig von den Atomkernen und die Atomkerne, die die eigentliche Masse der Atome ausmachen, können unter hohem Druck viel näher aneinander gedrückt werden als unter normalen Bedingungen.

Je tiefer sich Atome in einem weißen Zwerg befinden, desto größer ist dort der Druck. Damit steigt im Inneren des weißen Zwergs auch der Anteil von Atomen, denen alle Elektronen in der Schale fehlen und dadurch auch die Dichte der Materie. Während die Schockwelle die kleine Kohlenwasserstoffkugel durchlief, konnte mit Hilfe der Röntgenstrahlung von außen der Anteil der Atomkerne ohne Elektronenschale bestimmt werden. Das wiederum hilft bei der Berechnung des Materiezustands und dem Ablauf von Prozessen in weißen Zwergen.

Natürlich hat so ein Experiment, das auf einigen Hundert Mikrometern innerhalb von 9 Nanosekunden stattfindet seine Grenzen. Die Dichte konnte etwa nur bis auf 5 Prozent genau bestimmt werden. Exakte Modelle lassen sich mit den Messdaten auch nicht entwickeln, aber immerhin konnten einige Modelle zur Berechnung von Vorgängen in weißen Zwergen als unzureichend identifiziert werden. Allerdings sind auch noch ein paar Milliarden Jahre für weitere Experimente Zeit, bis diese Prozesse für unsere Sonne relevant werden.

Dabei wird die Sonne zu einem mittelgroßen weißen Zwerg werden, mit etwa 0,6 Sonnenmassen. Erst ab ungefähr der doppelten Masse ändern sich die Verhältnisse durch den noch höheren Druck wieder drastisch. Über dieser sogenannten Chandrasekhar-Grenze werden die Atome so stark komprimiert, dass es zu nuklearen Reaktionen zwischen dem Atomkern und den Elektronen kommen kann. Dabei werden im Innersten des Sterns Protonen zu Neutronen, weshalb sie dann auch Neutronensterne heißen. Es ist aber noch nicht abzusehen, ob diese Bedingungen jemals messbar in einem Laborversuch nachgestellt werden können.

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 Astrophysik: Weißer Zwerg im Laborexperiment nachgestellt und vermessen
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ThomasSV 03. Sep 2020

Da ist der Lichtstrahl keine 3m weiter... Sprich: der Laser hinten fährt schon wieder...

George99 01. Sep 2020

Andererseits: Welche elektromechanische Sicherung löst schon in 9 ns aus?

AllDayPiano 01. Sep 2020

Das Problem ist wohl eher, dass die Laser eine stabile Versorgung wollen, aber...

Dwalinn 01. Sep 2020

Bist du sicher das der Stern nicht so oder so gestorben wäre? :)

Frank... 01. Sep 2020

Konjunktiv im Teaser ist ein guter Punkt. Hab ich geändert.


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