Gravitationskollaps

Gravitationskollaps

Unter Gravitationskollaps versteht man den Zusammensturz eines massereichen Sternes, der sich in seiner Endphase befindet, unter seiner eigenen Gravitation; dabei steigen Dichte und Temperatur im Sternzentrum stark an.

Ablauf

Durch die Kernfusion bildet sich in massereichen Sternen ein Eisenkern, der keine weitere Energie durch Fusion freisetzen kann. Dieser Kern ist von Schalen aus Silizium und anderen Elementen umgeben (siehe Schalenbrennen). Durch das Ende der Fusion im Zentrum des Sterns und damit der Energiefreisetzung kann der Kern der Eigengravitation des Sterns keinen Widerstand durch Strahlungsdruck mehr entgegensetzen: das Sterninnere kollabiert innerhalb weniger Millisekunden zu einem kompakten Objekt. In Abhängigkeit von der Masse ist das Resultat des Gravitationskollaps ein Neutronenstern, ein Quarkstern oder ein Schwarzes Loch (siehe unten).

Der Gravitationskollaps löst dabei eine Stoßwelle aus, die zum Abstoßen der äußeren Sternenhülle führt. Als Folge davon explodiert der Stern als Supernova des Typs II oder Ib/c. Die letzte beobachtete Supernova in der näheren Umgebung der Milchstraße, die Supernova 1987A, ereignete sich in der Großen Magellanschen Wolke. Das Licht dieser Supernova erreichte die Erde am 23. Februar 1987.

Für eine ausführliche Beschreibung siehe auch Supernova, Abschnitt Kernkollaps

Chandrasekhar-Grenze

Falls die Masse eines Sterns unterhalb der Chandrasekhar-Grenze liegt, so kommt es zu keinem Gravitationskollaps. Stattdessen entwickelt sich der Stern zu einem Weißen Zwerg.

Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze

Falls die Masse eines Sterns oberhalb der Chandrasekhar-Grenze, aber unterhalb der Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze (TOV) liegt, so entsteht durch den Gravitationskollaps ein Neutronenstern, möglicherweise auch ein hypothetischer Quarkstern. Liegt die Masse eines Sterns oberhalb der TOV, so entsteht durch den Gravitationskollaps ein Schwarzes Loch.

Literatur

  • B. K. Harrison, Kip Thorne, Masami Wakano, John Archibald Wheeler: Gravitation theory and gravitational collapse. The Univ. of Chicago Pr., Chicago 1965
  • Pankaj S. Joshi: Gravitational collapse and spacetime singularities. Cambridge Univ. Pr., Cambridge 2007, ISBN 978-0-521-87104-4

Weblinks

Wiktionary: Gravitationskollaps – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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Core collapse scenario.svg
Autor/Urheber: Illustration by R.J. Hall. Redrawn in Inkscape by Magasjukur2, Lizenz: CC BY-SA 3.0
Vereinfachtes Kernkollaps-Szenario: (a) Ein schwerer, entwickelter Stern entwickelt Schichten von Elementen, die wie Zwiebelschichten ineinander liegen. Im Zentrum bildet sich, durch die Fusion von Silizium, ein Eisenkern. (b) Dieser Eisenkern erreicht die Masse der Chandrasekhar-Grenze und beginnt zu kollabieren. Die äußeren Schichten des Kerns bewegen sich mit Überschallgeschwindigkeit (schwarze Pfeile) während der innere Kern mit Unterschallgeschwindigkeit kollabiert (weiße Pfeile). (c) Der innere Kern wird durch den hohen Druck in Neutronen umgewandelt. Die Bindungsenergie wird in Form von Neutrinos abgestrahlt. (d) Die einfallende Materie wird am Kern reflektiert und erzeugt eine nach Aussen laufende Schockwelle (Rot). (e) Die Schockwelle beginnt sich totzulaufen, weil nukleare Prozesse Energie verbrauchen. Durch die Interaktion mit den Neutrinos wird die Materie erneut beschleunigt. (f) Die Materie außerhalb des inneren Kerns wird ausgeworfen und hinterläßt nur den entarteten Überrest.