Entstehung einer Supernova

Hallo Laura,

ich versuch es mal zu erklären.

Grundsätzlich wird in einem Stern Wasserstoff verbraucht. Durch Kernfussion wird daraus Helium. Je nach Sterngröße tritt der Stern in einem späteren Stadium in die Phase des Heliumbrennens ein.

Dann fussioniert Helium zu Kohlenstoff. Und Kohlenstoff wiederum kann bei entsprechend massereichen Sternen dann im späteren Lebensabschnitt auch fussionieren. Letztendlich kann so ein Stern alle leichten Elemente (Wasserstoff, Helium, Kohlenstoff, Neon, Sauerstoff, Silicium...) zu Eisen fussionieren.

Das ist dann das Ende, Eisen kann nicht mehr in einer Fussion weiterverbrannt werden.

Was du mit Treibhauseffekt bei einem Stern meinst bzw. mit "ein gewisser Zündstoff" weiß ich nicht, aber da denkst du irgendwie krumm.

Gruß
Stefan

Beste Laura,
"Zündstoff" und "Treibhauseffekt" sind nicht gerade astrophysikalische Ausdrücke.
Wenn ein Stern kollabiert unter seiner eigenen Gravitation, so stürzt der jetzt sehr schwere Kern in sich zusammen - Resultat bei EtaCarina ein SL. Dieser Prozess löst eine enorme Schockwelle aus die die restliche Hülle des ursprünglichen Sterns ins All abstößt.
Materie "explodiert" da in dem Sinne nicht sie fusioniert bei dem Prozess zu schwereren Elementen als Eisen.

Ein Stern, der in seinem Kern Wasserstoff "verbrennt" explodiert nicht. Der steht am Anfang seines Lebens.
Bei EtaCarina z.B. kann es gut sein, daß im Kern schon Eisen produziert wird. Alle weiteren Elemente fusionieren in Schalen um den Kern herum bis zur äußersten Schale, wo noch Wasserstof umgewandelt wird. Da kann dann einiges geschehen, wenn die Eisenfusion jetzt Schluß ist und der Kern zusammenbricht, wie schon oben erwähnt.

Gruß Hans

Hi,

Treibhauseffekt hat mit Sternen echt nichts zu tun, sagten ja schon meine Vorredner [;)].

Es stimmt aber, dass es neben der "klassischen" Kernkollaps-Supernova, bei der der Stern vorher einen Eisenkern aufgebaut hat, dann unter Eigengravitation zusammenbricht und explodiert, eine weitere Art Supernova bei sehr massereichen Sternen geben könnte.

Bei dieser erreicht der Stern nach dem Heliumbrennen im Kern einen Zustand von Temperatur und Dichte, bei dem sich aus den Photonen Elektron/Positron Paare bilden. Dadurch geht der Strahlungsdruck flöten, Dichte und Temperatur steigen schlagartig an. Da aber noch unverbrauchte nukleare Energiereservoirs (Helium!) vorhanden sind, setzen die Brennprozesse Richtung Eisen derart explosiv ein, dass sie den Stern völlig zerreissen können. Es bleibt kein Neutronenstern und auch kein Schwarzes Loch übrig. Das nennt man Paarinstabilitäts-Supernova, und ist denke ich was Fraktalia meint. Eigentlich hast Du das echt schon ganz gut beschrieben Laura, auch wenn halt manche Worte nicht so ganz passen [;)]

Dass es diese Art Supernova ebenfalls gibt erscheint wahrscheinlich, aber es kommen dafür wohl nur besonders metallarme Sterne in Frage. SN 2007bi war vermutlich so ein Ereignis. Es kommen also in der Natur wahrscheinlich beide Arten Supernova (und noch andere!) vor, je nachdem was der Stern für Eigenschaften hat.

Viele Grüsse,
SN-DK

Und dann gibt es da noch die Supernova Typ Ia, die nur in Doppelsternsystemen auftritt: Ein weißer Zwerg saugt Materie von seinem Begleiter ab und wird dabei zu "gierig".
Wenn die abgesaugte Materie eine bestimmte Masse übersteigt kommt es zu einer spontanen Kernfusion und der Stern wird zerissen.

Bei der anderen Art von Supernova hört irgendwann die Fusion anderer Elemente zu Eisen auf. Der Eisenkern der sich dann im Zentrum des Sterns befindet hat keinen Strahlungsdruck mehr der ihn stabilisiert und bricht unter seinem eigenen Gewicht zusammen. Dabei wandeln sich die Protonen in den Atomkernen vereinfacht gesagt zu Neutronen um und es bildet sich ein Neutronenstern (oder bei entsprechend schweren Sternen ein schwarzes Loch). Da nun im inneren des Sterns plötzlich Platz ist beginnen die verbliebenen Schalen auf den Neutronenstern zu stürzen. Dieser ist aber so dicht, dass die Schockwellen quasi reflektiert werden und sich die Bewegung nach außen umkehrt. Das ist dann die Supernovaexplosion.
Grüße, Markus

Nabend Laura,
hab mal für dich gegoogelt,
http://abenteuer-universum.de/sterne/stern.html
für mich geht daraus hervor das die inneren Schalen ein relativ kleines Volumen des Sternes ausmachen. Wohingegen Wasserstoff noch reichlich vorhanden ist.

Gruß Jan

ps. interessant wäre auch zu wissen wieviel Materie bzw. Strahlung einem dann evt. enstehendem SL noch entwischen kann, Gammablitzlänge usw. und ich mein unsere Welt ist ja auch hier also muss was entfleuchen,
mal so als Anregung [;)]

Laura,
der "Zündstoff" ist jedesmal die Kernfusion von leichten chemischen Elementen hin bis Eisen. Die Geschwindigkeit mit der die Kernfusion abläuft ist allerdings von verschiedenen Faktoren abhängig.
Insbesondere von der Temperatur, dem Druck und der chemischen Elemente die zünden sollen.

Die erste Zündung ist bei der Entstehung eines Sterns, wenn der Wasserstoff zu Helium fusioniert (man spricht vom "Wasserstoffbrennen"). Dafür sind relativ kleine Temperaturen/Drücke notwendig. Die Temperatur und der Druck entstehen durch die Gravitation, die alles zusammenzieht. Wird im Innern (zuerst genau in der Mitte) die notwendige Temperatur und der Druck überschritten, zündet Wasserstoff.
Bei Helium zu Lithium etc (Heliumbrennen) bis zu Kohlenstoff und beim Kohlenstoffbrennen zu Sauerstoff (um ausgewählte Fusionswege zu nennen) ist der notwendige Druck und die Temperatur jedesmal größer. Solange aber irgendwo noch eine Fusion stattfindet, kann die freigesetzte Energie verhindern, dass die Gravitation den Stern bis zum nächstnotwendigen Druck zusammenpresst. Im Endstadium finden die unterschiedlichen "Brennprozesse" in ineinanderliegenden Schalen statt. Innen brennt schon Helium, während in der Schale darüber noch Wasserstoff brennt etc.

Während anfangs der Prozess von Wasserstoff zu Helium langsam abläuft und bei unsere Sonne ca. 12 Mrd. Jahre braucht, sind alle nachfolgenden Prozesse deutlich schneller im Ablauf. Beim Heliumbrennen sind es nur noch Millionen Jahre, beim Kohlenstoffbrennen, Sauerstoffbrennen (zu Eisen) etc. dann nur noch Tage und Stunden, was angesichts der Größe eines Sterns dann als "Explosion" betrachtet wird.

Treten dann zusätzlich noch Druck-/Schockwellen auf, weil z.B. der "bereits verbrannte" Kern durch die Gravitation sich plötzlich zusammen ziehen kann, unter bestimmten Bedingungen sogar in sich kollabiert (die Hülle fällt dann nach innen in die freigewordene Lücke), dass alles mit Schallgeschwindigkeit, die bei den herrschenden Drücken deutlich höher ist, als was du Dir vorstellen kannst, dann passiert folgendes: Die Hülle (die steht immerhin auch unter Druck, fällt in die Lücke des kollabierten Kerns. Aber nur soweit, bis sie auf diesen auftrifft (also voll Karracho aufprallt, wie ein Flieger der abstürzt). Beim Aufprall erhöht sich schlagartig der Druck und die Temperatur so stark, dass alles sofort, was da hineinstürzt mit Kernfusion loslegen kann und weil der Druck so hoch ist, auch noch heftiger, als normal. Die dabei freigesetzte Energie sprengt anschließend die Hülle weg oder kann sogar den ganzen Stern inkl. Kern zerfetzen. Da gibt es verschiedene Szenarien (die Physiker unterscheiden verschiedene Typen von Supernovae). Es ist sogar genug Energie vorhanden, während der Explosion die sogenannten "schweren" Elemente (z.B. Blei, Silber, Gold, Uran etc.) zu erbrüten.

Ein Sonderfall ist die Supernova Ia: Da ist ein Stern knapp unterhalb der kritischen Masse, um per Gravitation im Kern die Fusionsstufe zum sog. Kohlenstoffbrennen auszuführen. Quasi erlöscht die Fusion vorher, wenn Wasserstoff zu Helium und dieses zu Kohlenstoff fusioniert hat. Allerdings saugt der Stern die notwendige Masse vom Nachbarstern in einem Doppelsternsystem ständig ab, wird so schwerer bis dann plötzlich doch dieses Kohlenstoffbrennen (zu Sauerstoff) eintreten kann. Diese Brennstufe ist bereits explosiv.

Kompliziert wird das alles, weil neben den klassischen Fusionsprozessen auch quantenmechanische Effekte und andere physikalische Effekte zum Tragen kommen, deren Erklärung den Rahmen hier sprengt. Also wann der Kern z.b. zu einem sog. Neutronenstern kollabiert. (Neutronenstern = Der gesamte kollabierte Rest der Sonne wird zu einem Mega-Atomkern). Quasi alles, was die Physik zu bieten hat, tritt dort gemeinsam auf: Mechanik, Statik, Schall, Ströme, Magnetfelder, Strahlung, Gravitaiton, Atom- und Quantenphysik spielen alle ihre Rolle dabei.

(==>)Jan:
Volumentechnisch hast du recht, aber nicht gewichtstechnisch.
und ...PS
Je nach Supernovatyp verbleibt im SL oder im Neutronenstern als Rest wirklich nur ein Rest .. sagen wir mal ne Hausnummer bis zu 30% ... sprich 70% bis 90% werden weggeschleudert. (sogenannte SN vom Typ II oder gar 1b/1c). Ein Stern hat anfangs 8 - 30 Sonnenmassen, der Neutronenstern max. 3 Sonnenmassen, darüber gäb's wohl ein SL.

Hallo Kalle du Nachteule,
hab irgendwo mal gehört das es auch Sterne gibt die instant in ein SL kollabieren ohne die Chance einer Nova , quasi ein Riesenstern wie per Lichtschalter ausgeknippst, wäre das auch möglich ?

Gruß Jan

Hallo Jan, du Schlafloser ...

Keine Ahnung, was es alles so geben soll.[;)]
Die Version Stern -> SL, so von jetzt auf heut ... die kenne ich noch nicht.

Ich sehe da folgendes Problem:
Stern rotiert
beim Kollabieren des rotierenden Kerns, bleibt Drehimpuls erhalten -> SL rotiert noch schneller
Nachstürzende Materie im Stern durchläuft ähnlichen Effekt und wird dabei relativistisch im Kreis um das SL geschleudert -> Akkretionsscheibe entsteht
Akkretionsscheibe -> Reibung -> Strahlung/Energie -> Hülle wird weggesprengt.

Der Prozess der Energieumwandlung per Akkretionsscheibe um ein SL ist 10-mal effizienter als Kernfusion. Und es dürfte zudem an Neutrinos mangeln, die bei einer SN einen Großteil der Energie abtransportieren. Deshalb kann das Nachstürzen der Sternhülle in das SL nicht beliebig schnell werden, zuviel Strahlungsdruck stellt sich dagegen. Die Hülle drängelt sich sozusagen wie vor einer Drehtür und kommt nicht rein.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">... dass ein Stern nur noch wenige Sekunden zu leben hat wenn er Eisen produziert ...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Nun, beim Sauerstoffbrennen (zu Eisen) kannst du wirklich besser in Sekunden als in Jahrmillionen rechnen. Die Menge an Energie, die da freigesetzt wird ist zuviel für jeden Stern. So schnell können die umliegenden Massen nicht Platz machen, wie da dann Temperatur und Druck ansteigen, dies wiederum beschleunigt die Produktion an Eisen.

Die Frage ist eher, wie lange es dauert, bis man die Explosion dann auch von außen sehen kann (bis die Massen also "Platz" gemacht haben). Zuerst kann man die Neutrinos aus diesem Brennen "sehen", denn die lassen sich von den umliegenden Massen am wenigsten "stoppen" und sind fast genauso schnell wie Licht. Irgendwann macht dann auch der Vorhang für sichtbare Strahlung auf und wir sehen die Explosion.

Hi,

obwohl die Neutrinos so gut wie gar nicht mit anderen Teilchen wechselwirken, sind es schlussendlich doch die sehr schwer nachweisbaren Neutrinos die den Massereichen Stern ausseinander "reissen". Die Kontraktion schleudert die Neutrinos quasi an den Eisenkern die dann zurückprallen. Die dadurch entstehende Druckwelle zerreisst den Kern,bläst das ganze durch Nukleosynthese entstandene Material (Elemente)ins All. Bei diesem Prozess sind die Temperaturen so gewaltig, dass wieder neue Elemente entstehen...dieser Prozess ist natürlich noch nicht ganz verstanden. Gaaanz kurz geschildert

Grüsse Rafi

Hallo Laura und Jan,

der Anfang vom Ende einer massereichen Sonne beginnt mit der letzten Brennstufe, bei der Silizium zu Eisen fusioniert. Dies beginnt 5 bis 6 Tage bevor der Stern als Supernova hochgeht. Der Kollaps des gesamten Sterns, der die Supernova schließlich auslöst, dauert nur 0,3 Sekunden.

Sterne, die direkt zu einem Schwarzen Loch kollabieren und ohne sichtbare Supernova explodieren, soll es tatsächlich geben. Nachweisen ließe sich so eine "Failed Supernova" dann nur über ihre Neutrino-Emission. Theoretisch sollen Sterne zwischen 50 bis 100 Sonnenmassen so enden, im Massenbereich über 100 Sonnenmassen treten dann die von Dominik angesprochenen Paarinstabilitäts-Supernovae auf.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Kalle66</i>
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Nun, beim Sauerstoffbrennen (zu Eisen) kannst du wirklich besser in Sekunden als in Jahrmillionen rechnen. Die Menge an Energie, die da freigesetzt wird ist zuviel für jeden Stern. So schnell können die umliegenden Massen nicht Platz machen, wie da dann Temperatur und Druck ansteigen, dies wiederum beschleunigt die Produktion an Eisen.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Das ist nicht richtig. Das Sauerstoffbrennen, bei dem Eisen produziert wird, ist über mehrere Jahre stabil.

Das Problem entsteht, wenn man anfängt, Eisen zu verbrennen. Nicht, weil das soviel Energie freisetzen würde, sondern weil es Energie entzieht. Es brennt ungefähr so gut wie Wasser im Lagerfeuer, mit dem selben Effekt: es löscht das Feuer.
Was dann passiert ist, dass der Kern nicht mehr durch den Druck stabilisiert wird und in sich zusammenfällt. Das ist ein Prozess, den man sich nicht mehr vorstellen kann: Viele Quadrillionen Tonnen Eisen mit sowieso schon unvorstellbarer Dichte und Temperatur und zehntausenden Kilometern Durchmesser fallen einfach in sich zusammen - innerhalb weniger Millisekunden!
Erst der Entartungsdruck der Neutronen stoppt den Kollaps dann. Eine "Wolke" aus Eisen, vieltausendfach dichter als Eisen hier auf der Erde, mit einem echten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit kollabierend, trifft auf ein festes Hindernis.
Was dann passiert, ist noch weniger vorstellbar.

Hallo Laura,

eine große Masse bedeutet noch nicht, dass der Stern auch genauso groß sein muss. Das Doppelsternsystem eta Carinae besteht aus einer leuchtkräftigen Hauptkomponente (90 Sonnenmassen, 60-facher Sonnendurchmesser) und einem kleineren Begleiter (30 Sonnenmassen, 30-facher Sonnendurchmesser).

Ob nun eta Carinae oder doch der andere große Supernova-Kandidat Beteigeuze zuerst explodiert, kann dir niemand sagen.

Liebe Laura,
stell dir EtaCarinae ja nicht vor wie die Erde.[;)] Der größte Teil des Sternvolumens besteht nur aus hauchdünnem Gas mit einem größeren Masseanteil im relativ kleinen Kern.
Gravitation ist eigentlich eine Scheinkraft. Du spürst sie nur, wenn sich ihr etwas entgegenstellt, wie z.B. die Erdoberfläche. Das entspricht hier dann einer gleichbleiben Beschleunigung von 1G.
"Auf EtaCarinae" würdest du eine Bahn beschreiben, die dich im freien Fall (schwerelos) beschleunigt in die äußersten Atmosphärenschichten führt. Und wenn du das überlebst, macht sich dann langsam die Abbremsung durch die Atmosphäre des Sterns bemerkbar, was du dann wieder als Gewicht spürst.
Ansonsten gilt: Gravitation ist proportional zur Masse des Sternes und nimmt im Quadrat zur Entfernung ab.
Was den Vergleich EtaCarinae und Sonne betrifft, so stimmt das vielleicht, daß die Sonne "millionenfach" hineinpaßt, EtaCarinae ist aber selber nur ca 100 Sonnenmassen schwer.
Dieser Stern ist ca 7000LJ von uns entfernt. Er kann natürlich schon das SuperNovaStadium erreicht haben, ist aber unwahrscheinlich (Wahrscheinlichkeit beinahe Null).
Ob das jetzt ein größeres Spektakel sein würde, wenn wir seinen Ausbruch erleben könnten, weiß ich nicht. Vielleicht könnte man ihn am Tage auch dann sehen, trotz der riesigen Enfernung.

Weiter ist der Fachausdruck für die Sonne an ihrem Lebensende "RoterRiese"[:)]

Schöne Grüße
Hans

Noch ein paar Worte zu den Neutrinos:
Sobald der Eisenkern zum Neutronenstern kollabiert kommt es zum Neutrinoburst, sprich einer massenhaften Produktion von Neutrinos aller möglichen Flavours. Diese Neutrinos können den "Stern" ungehindert verlassen und dann viiiiiel später auf der Erde nachgewiesen werden (ANTARES, Kamiokande, IceCube). Die fast gleichzeitig mit den Neutrinos entstehenden Photonen haben es da schon schwerer. Sie haben einen wesentlich höheren Wechselwirkungsquerschnitt und können die dichten Schalen nicht ungehindert passieren. Je nach Größe des ursprünglichen Sterns brauchen sie teils mehrere Stunden (!) bis sie es nach draußen ins Weltall geschafft haben.
Wir können also die Neutrinos einer SN früher sehen als die Explosion ans sich. Auf diesem Effekt beruht auch das SNES, das Supernova Early Warning System.
Man darf jetzt nicht denken dass bei so einer Explosion halt ein paar Neutrinos erzeugt werden. Die Neutrinos machen über 90% der gesamten Explosionsenergie aus! Da sie diese Energie dann mit sich wegtragen spricht man auch von der Neutrino-Kühlung.
Grüße, Markus

Noch was zu Neutrinos und Photonen.
Neutrinos sind deshalb so interessant, trotz ihrer äußerst schwachen Wechselwirkung, weil sie uns beinahe aktuell Aufschlüsse vom z.B. vom Sonneninneren geben können, gerade auf Grund der schwachen Wechselwirkung.
Photonen, die im Sonneninneren produziert werden, "irren" dagegen planlos herum, weil sie dauernd zufallsbedingt wechselwirken, und es dauert zigtausend Jahre, bis sie die Sonnenoberfläche erreichen. Bei diesem Prozess transportieren sie den Hauptteil der Fusionsenergie an die Oberfläche.
Wir können also nur Direktnachrichten aus dem Sonneninneren durch Neutrinos erhalten.
Hans

Hallo DK279,

Du hast geschrieben, dass es passieren kann, dass bei einer Supernova kein Sternenüberrest übrig bleibt da dieser bei der Zündung der letzten Brennphase der Eisenfusion zerrissen wird. Für mich nur sehr schwer vorstellbar bei den gewaltigen Gravitationskräften die da bereits im Kern herrschen. Davon habe ich bisher auch noch nie etwas gelesen. Bisher hat man im Cirruskomplex noch keinen Sternenüberrest entdeckt. Könnte genau da dieses Szenario eingetreten sein?