Supernova Ia: Vieles spricht für verschmelzende Weiße Zwerge

astronews.com Redaktion

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Seit Jahren bemühen sich Astronomen, den Auslöser einer bestimmten Art von Sternexplosionen zu finden, die vor allem in der Kosmologie eine große Rolle spielen: Supernovae vom Typ Ia. Neue Untersuchungen liefern nun weitere Indizien dafür, dass diese gewaltigen Explosionen durch die Verschmelzung von zwei Weißen Zwergen verursacht werden. (21. März 2012)

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Alex74

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Ich finde folgendes an der Richtung in die sich das nun entwickelt interessant:

Ob sich ein Weißer Zwerg und ein Roter Riese oder zwei Weiße Zwerge umkreisen dürfte zahlenmäßig in der gleichen Größenordnung liegen.
Was man weiß ist: es dauert Ewigkeiten bis zwei Weiße Sterne miteinander kollidieren. Das liegt durchschnittlich in Größenordnungen die das Alter unseres Universums übersteigt.
Mit dem Szenario des gasabsaugenden Zwergs hatte man sich einen Mechanismus überlegt der effektiver ist. Mittlerweile gibt es sogar Bilder die diesen Materialtransfer belegen.

Stellt man nun fest daß an der Explosion kein Riesenstern beteiligt ist und die deutliche Mehrzahl - wenn nicht alle - 1a auf kollidierende Weiße Zwerge zurückgehen, dann hat man doch nur drei mögliche Konsequenzen:

-Irgendetwas stimmt nicht mit der Überlegung daß ein Weißer Zwerg aufgrund hereinstürzenden Materials eine kritische Masse erreicht
-bzw. daß das ganze eine Explosion zu Folge hat
-oder der Masseübertrag ist sehr gering und evtl. sogar vernachlässigbar - evtl. aufgrund der kurzen Zeit in der ein Riesenstern existiert und überhaupt Masse in nennenswertem Umfang abstößt.

Ockham sagt mir daß das letztere am plausibelsten klingt. Was meint Ihr?

Gruß Alex
 

mac

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Hm!

Was bedeutet das nun für die 'Standardkerze'?

Wenn der weiße Zwerg meistens nicht fein dosiert bis zum Platzen frißt, sondern sein Ende mit einem mehr oder minder großen Haps herbei führt, dann leuchtet die SN1a auch mehr oder minder hell! Dann sind auch die Entfernungsangaben mit größeren Fehlern behaftet. Welcher Expansionsverlauf paßt dann (wieder?) in diese unsichereren Daten? Was wird aus dem Fundament für DE?

Herzliche Grüße

MAC
 

Entro-Pi

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Naja, das Modell mit dem Roten Riesen ist nach dem Artikel ja nur ausgeschieden, weil man davon ausgeht, daß die vom Roten Riesen ausgestoßenen Gaswolken durch die Supernova zu Röntgenstrahlung angeregt werden müssten. Was wenn der Absaugeprozess so lange dauert, daß die einst ausgestoßenen Gase so weit weg sind (z.B. mindestens in der äquivalenten Oortschen Wolke), daß wir das hier nicht differenzieren können?
 

Alex74

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@Entro-Pi:
Das schließt sich glaube ich von selbst aus; wenn der Weiße Zwerg die kritische Masse erreicht, dann ja deshalb weil der Riesenstern Masse hinausträgt - das macht er ja nicht nur in Richtung des Zwergsterns.
 

DELTA3

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Was man weiß ist: es dauert Ewigkeiten bis zwei Weiße Sterne miteinander kollidieren. Das liegt durchschnittlich in Größenordnungen die das Alter unseres Universums übersteigt.

Weiß man das? Dann wäre es ja unmöglich, daß 2 WZ miteinander kollidieren! Das scheinen die Wissenschaftler aber nicht auszuschliessen, im Gegenteil, sie nehmen an, daß es die Hauptursache einer SN1a ist. Das kommt doch sicher darauf an, in welcher Entfernung sich die WZ umkreisen, um genügend Energie in Form von Gravitationswellen abzugeben. Gibt es da vielleicht untere Grenzwerte?

Andere Frage: Wenn WZ miteinander kollidieren können, warum sollten dann nicht auch andere Sterne in engen Doppelsternsystemen kollidieren können und in einer SN explodieren?

Vielleicht ist doch die Entfernungsbestimmung mittels SN1a nicht so zuverlässig wie bisher angenommen.

Gruss, Delta3.
 

Entro-Pi

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@Entro-Pi:
Das schließt sich glaube ich von selbst aus; wenn der Weiße Zwerg die kritische Masse erreicht, dann ja deshalb weil der Riesenstern Masse hinausträgt - das macht er ja nicht nur in Richtung des Zwergsterns.

Ich glaub du hast mich missverstanden. Die Gasausstöße des Roten Riesen sind ja im Wesentlichen die 2 oder 3 Schübe, in denen er seine äußeren Schichten abwirft. Diese liegen Millionen Jahre auseinander. Und das Absaugen durch den Weißen Zwerg dürfte doch hauptsächlich in den Phasen passieren, in denen der Rote Riese seine größten Ausdehnungen hat, welche jeweils kurz vor dem Abstoßen der äußeren Schichten bzw. Millionen Jahre nach dem vorangegangenen Ausstoß ist. Meine Annahme ist nun, daß der Weiße Zwerg mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit in so einer Phase seine Chandrasekhar-Grenze überschreitet und nicht irgendwann zwischendurch in Folge von Sonnenwind.

Nunja, und hier setzt mein gestern geschriebener Beitrag an. Ereignet sich die Supernova Millionen Jahre nach dem letzten Abstoßen des Roten Riesen, dann müssten die abgestoßenen Massen doch mitsamt Sonnenwind unglaublich weit weggeflogen sein. Nimmt man beispielsweise KMAs unserer Sonne, die im Mittel 500km/s schnell sind, dann könnten die in nur 1000 Jahren bereits 100'000AE vom Stern entfernt sein. Das würde ja bedeuten, daß die Supernova-Explosion erst Jahre später auf die ausgestoßenen Schichten des Roten Riesen trifft und dort dann die erwartete Röntgenstrahlung verursachen könnte.

Hab mich gestern womöglich etwas merkwürdig ausgedrückt. Klingt das so jetzt vernünftiger oder nachvollziehbarer? Und was ist davon zu halten?

Gruß
 

Sissy

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Hi Alex und Entro-Pi,

ich störe mich gerade ein bissy an der angenommenen Zeit von "vielen Millionen Jahren". Ihr redet doch von der Phase im Leben eines Sterns, in der er sich im asymptotischen Rießenast des HRD aufhält. Aus meiner Erinnerung raus dauert dieses Stadium je nach Masse des Roten Rießen 10.000, 100.000 oder max. 1.000.000.000 Jahre. Dabei kann durch den Sternenwind bis zu 1/3 seiner Masse (die oberen Wasserstoffschichten) abgegeben werden. Wenn jetzt der Rote Rieße und der Zweg schon relativ dicht beieinander sind, dann wird der Rote Rieße deutlich verformt und der größte Teil seines Sternenwindes wird vom WZ aufgesaugt. Dadurch erreicht der WZ recht schnell seine kritische Masse... Und es gibt recht wenig Material als "Kugelschale", was Röntgenstrahlung produzieren könnte.

Ich hab grad net die Zeit, meine etwas verschwommene Erinnerung durch die entsprechenden Fachartikel zu überprüfen. Falls ich Bockmist geschrieben hab, korrigiert mich...

Grüße
Sissy
 

Bernhard

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Wenn jetzt der Rote Rieße und der Zweg schon relativ dicht beieinander sind, dann wird der Rote Rieße deutlich verformt und der größte Teil seines Sternenwindes wird vom WZ aufgesaugt.
Hallo Sissy,

es geht gerade um einen anderen Vorgang: Zwei Weiße Zwerge umkreisen sich und kommen sich dabei durch Abstrahlung von Gravitationswellen immer näher, um schließlich zu verschmelzen. Dabei soll dann die kritische Masse für eine Supernova überschritten werden.

Die Zeitskala von Alex:
Das liegt durchschnittlich in Größenordnungen die das Alter unseres Universums übersteigt.
kann ich deshalb nur schlecht nachvollziehen, weil dieser Mechanismus bei verschmelzenden Schwarzen Löchern (angeblich und wenn ich mich recht erinnere) auch auf kürzeren Zeitskalen stattfindet.
Gruß
 

Bernhard

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Wenn der weiße Zwerg meistens nicht fein dosiert bis zum Platzen frißt, sondern sein Ende mit einem mehr oder minder großen Haps herbei führt, dann leuchtet die SN1a auch mehr oder minder hell!
Hallo MAC,

kannst Du diese Aussage näher begründen, oder ist das eher eine Vermutung? Ich bin mir da vom ersten Hinsehen nämlich überhaupt nicht sicher, ob dem so sein muss.
Gruß
 

Infinity

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Hallo Bernhard,

ich kann mich auch irren, aber vielleicht bezog sich mac auf einen Ausschweifer der Gruppe der Standardkerzen, der bisher jedoch nur einmal beobachtet wurde, und zwar die Supernova Ia mit der Zuordnung SNLS-03D3bb. Seine Helligkeit ist weit höher als die sonst gemessenen Supernovae. Für dieses Objekt wurde eine Chandrasekhar-Grenze von 2,1 statt rund 1,4 errechnet.

Eine mögliche Lösung dafür soll sein, dass der Weiße Zwerg ungewöhnlich schnell rotierte, solche nennt man dann Super-Chandra Weiße Zwerge. Hier ein Auszug:

Andreas Müller schrieb:
Jüngst wurden Zweifel an dem Szenario angemeldet, dass SN Ia immer wieder gleichartig explodieren: Eine ganz bestimmte SN vom Typ Ia mit der Katalogbezeichnung SNLS-03D3bb konnte nur dadurch erklärt werden, dass der Weiße Zwerg das Chandrasekhar-Limit von etwa 1.4 Sonnenmassen überschreitet (Howell et al., Nature 443, 308, 2006)! Dieser Zwerg heißt dann super-Chandra-Weißer-Zwerg. SNLS-03D3bb hat eine ungewöhnlich hohe Leuchtkraft und eine kleine kinetische Energie freigesetzt. Die Leuchtkraft wird durch Radioaktivität produziert, weil sich Nickel-56 durch β--Zerfall zu Kobalt-56 und dieses wiederum zu Eisen-56 umwandelt. Aus der beobachteten Leuchtkraft folgt insgesamt ein abnorm hoher Anteil an Nickel-56 im Zwerg, was wiederum auf eine Gesamtmasse von 2.1 Sonnenmassen hinauslaufen würde - bei weitem zuviel für einen Weißen Zwerg! Eventuell könnte eine ungewöhnlich hohe Rotation des Zwergs so eine Masse gestatten (Yoon & Langer 2005).
Quelle: http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt_s09.html

Größere Dosen sind also möglich. Falls mac allerdings meinte, dass auch ein einziger Haps geht, dann bin ich auch überfragt.
 

Alex74

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Ihr redet doch von der Phase im Leben eines Sterns, in der er sich im asymptotischen Rießenast des HRD aufhält. Aus meiner Erinnerung raus dauert dieses Stadium je nach Masse des Roten Rießen 10.000, 100.000 oder max. 1.000.000.000 Jahre.
Ich habe nie von millionen Jahren geredet.

kann ich deshalb nur schlecht nachvollziehen, weil dieser Mechanismus bei verschmelzenden Schwarzen Löchern (angeblich und wenn ich mich recht erinnere) auch auf kürzeren Zeitskalen stattfindet.
So wie ich es ausgedrückt habe kann es sicher mißverstanden werden daß es in meinen Augen wohl so gut wie nie stattfände; das wollte ich aber gar nicht sagen. Ausschlaggebend ist ja, daß es insgesamt genug solcher Ereginisse gibt und da scheinen die Zahlen rechnerisch ja zu stimmen.

Worauf ich hinaus wollte ist, daß ein Mechanismus wie das Kollabieren infolge von Massenzunahme eines WZ sehr viel häufiger sein sollte als die Kollision zweier WZ. Findet man heraus daß fast alle Typ 1a Supernovae auf Kollisionen beruhen dann muß etwas mit der Annahme über den ersteren Mechanismus nicht stimmen.

Worauf Mac hinaus will ist, daß Weiße Zwerge unterschiedliche Massen haben und bei der Kollision zweier WZ daher auch unterschiedlich viel Energie freigesetzt wird - auch die Geschwindigkeit mit der sie kollidieren dürfte die Variabilität des Ereignisses nochmal erhöhen. Das sind eine Menge Unbekannte, wohingegen der zuvor postulierte Mechanismus (WZ nimmt Material auf und kollabiert sobald er 1,4 Sonnenmassen überschreitet) kaum Variation zuläßt.

Gruß Alex
 

Alex74

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Sofern ich den Mechanismus richtig verstehe sollte bei vielen oder sogar den meisten engen Sternpaaren (Großer Stern - Weißer Zwerg) ein Massentransfer stattfinden.
Enge Sternpaare mit einem WZ sind wiederum alles andere als selten.

Dagegen steht die Zeit die es braucht bis zwei Weiße Zwerge aufgrund von Abgabe von Gravitationswellen sich so weit annähern daß sie kollidieren.

Das ist zwar nur über den Daumen abgeschätzt, sollte gegenwärtig aber um Größenordnungen seltener sein.
 

DELTA3

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Dagegen steht die Zeit die es braucht bis zwei Weiße Zwerge aufgrund von Abgabe von Gravitationswellen sich so weit annähern daß sie kollidieren.

Das ist zwar nur über den Daumen abgeschätzt, sollte gegenwärtig aber um Größenordnungen seltener sein.

Das ist wohl der springende Punkt. Da gab es vor ca. 2 Jahren schon mal eine Meldung, dass der überwiegende Teil der SN1a durch die Verschmelzung zweier WZ zustande kommt.

Damals haben wir uns das so erklärt, dass in einem Doppelsternsystem der massereichere Stern als erster das WZ-Stadium erreicht und dann vom Partnerstern Materie akkretiert (vorwiegend in dessen Riesen-Phase) und dieser dadurch auch zum WZ wird. Wenn der erste Stern nicht soviel Masse akkretieren kann, dass er die Chadrasekargrenze erreicht, umkreisen sich dann 2 WZ. Dieses Szenario könnte bei engen Doppelsternsystemen relativ häufig vorkommen. Es bleibt nur noch die Frage, wie lange es dauert, bis die WZ miteinander kollidieren.http://www.astronews.com/forum/showthread.php?4204-Supernovae-Warum-Wei%DFe-Zwerge-explodieren/page2

Gruss, Delta3.
 
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mac

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Hallo Bernhard,

kannst Du diese Aussage näher begründen, oder ist das eher eine Vermutung?
siehe Post #12 von Alex74.

Ein weißer Zwerg explodiert als SN1a, weil ein nicht unerheblicher Teil seiner Masse beim Kollaps und der anschließenden Druckwelle Fusionsenergie frei setzt. Mal abgesehen davon, daß ich auch beim konventionellen Modell nicht wirklich verstanden habe, wieso immer das selbe Verhältnis zwischen den einzelnen Elementanteilen (Eisen und Kohlenstoff) bestehen muß, so steht aber bei einer Verschmelzung zweier Sterne (mindestens ein weißer Zwerg), auf jeden Fall eine ganz andere Menge an fusionierbarem Material zur Verfügung und damit auch eine unterschiedliche Energiemenge, die bei dieser Fusion freigestzt wird - wenn eine SN1a häufig auf diese Weise ausgelöst wird.

Herzliche Grüße

MAC
 
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Bernhard

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Es bleibt nur noch die Frage, wie lange es dauert, bis die WZ miteinander kollidieren.
Ich werde heute abend, bzw. in den nächsten Tagen mal versuchen diese Frage rechnerisch zu klären. Man muss dazu die (nur) Strahlungsleistung der Gravitationswellen ausrechnen und dann in Beziehung zur Gesamtenergie des Systems der umkreisenden Weißen Zwerge setzen. Innerhalb der linearisierten Feldgleichungen sollte das ganz gut berechenbar sein. Ich melde mich, wenn ich Ergebnisse habe.
Gruß
 
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DELTA3

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Hallo Bernhard,

hier noch der Link zu dem zugehörigen Paper zu dem verlinkten Artikel:
arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1002/1002.3359v1.pdf

Die Autoren kommen darin zu dem Ergebnis, daß aufgrund der fehlenden Röntgenstrahlung in den Galaxien nur 5% der SN1a auf Akkretion zurückzuführen sind und der überwiegende Teil durch Verschmelzung (Merging) zustande kommt.

Gruss, Delta3.
 
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Bernhard

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Ich melde mich, wenn ich Ergebnisse habe.
Hallo zusammen,

man kann das gesuchte Ergebnis direkt bei T. Fließbachs Buch "Relativitätstheorie" in Kapitel 36 (Quellen der Gravitationsstrahlung) nachlesen. Demnach ist ein System von zwei Weißen Zwergen mit einer Masse jeweils gleich dem der Sonne auf kreisförmigen Bahnen und im Abstand von nur 10 Sonnenradien über einen Zeitraum von mehr als 100 x Alter des Universums (13,6 Milliarden Jahre) stabil :confused: .
Grüße
 

Alex74

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Öhm. Tja. Und nun? :mad:

Danke Bernhard :)

Ist vielleicht irgendeinen Mechanismus denkbar der die WZ schneller zusammenführt (evtl.ähnlich Planetenmigration)?

Oder könnte es sein daß nicht gerade wenige WZ eine Masse sehr knapp vor der Kollapsgrenze haben und dann in überschaubarer Zeit durch "gewöhnliche" Massenzunahme (Asteroiden/Kometen des ehem. Sterns) das bißchen bekommt was noch fehlt?
 
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