Was passiert mit einem Neutronenstern am Ende seiner Lebensdauer?

Bernhard

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Pure nicht aktive NS sind von der Bildfläche weg wie SL, entweder Schatten finden oder Microlensing nach ART.
Das sind dann wohl komplett ausgekühlte Neutronensterne. Wobei es dann immer noch das magnetische Moment der Neutronen gibt und damit auch eine gewisse elektromagnetische WW. Insofern würde ich auch bei so einer "Sternleiche" eine Minimaltemperatur von 2,7K erwarten, zumindest zum jetzigen Zeitpunkt des Universums.

EDIT: Die google-Suche nach "idealer Neutronenstern" ergab einen Treffer auf eine relativ frische Bachelor-Arbeit, welche die Grundlagen und Grundideen mMn sehr gut darstellt.
 
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pane

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Hallo alle,

erst einmal ein großes Dankeschön an alle. Vor allem an Ralf. Aber wie Ihr Euch wohl denken könnt, habe ich dazu gleich wieder einen Haufen Fragen:

... an den Polen wird dann Energie ins All geschleudert und wenn die Erde in der Sichtlinie liegt, so kann man diese in Form eines "Pulsares" sehen.

Das gilt aber nur, wenn Strahlenpol nicht mit dem Rotationspol übereinstimmt, sonst bekommen wir entweder gar nichts, oder immer die gleiche Dröhnung ab.

Nun kann es aber sein, dass so ein erstgeborener Pulsar in einem Mehrfachsystem steht und einen engen Begleitstern hat.

Eng heißt hier wohl ungefähr Abstand Sonne-Jupiter oder weniger. Kommt natürlich auf dem roten Riesen an, bei der Sonne wäre das wohl schon zu weit, da dürfte es höchstens Abstand Sonne-Erde oder vielleicht noch Sonne-Mars sein. Wieviele solcher engen Doppelsterne gibt es eigentlich? Was ist der geringste Abstand zweier Sterne, den wir kennen?

Und Sterne mit mehr Masse verbringen weniger Zeit auf der Hauptreihe

Wird jeder Stern eigentlich zu einem roten Riesen und, wenn er nicht zu schwer ist, zum weißen Zwerg? Ich denke da an leichte Sterne, gerade etwas schwerer als braune Zwerge. Blähen die sich auch auf und werden dann zum weißen Zwerg, oder geht das bei denen noch unspektakulärer?

Weisser Zwerg aus Kohlenstoff und Sauerstoff

Irgendwann in sehr ferner Zukunft liegt da somit ein Haufen Trockeneis in der Gegend herum. :)

mit freundlichen Grüßen
pane
 

Bernhard

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Hallo pane,

Irgendwann in sehr ferner Zukunft liegt da somit ein Haufen Trockeneis in der Gegend herum. :)
in einem Weißen Zwerg gibt es aufgrund des extrem hohen Druckes keine chemischen Bindungen. Die Atomkerne bilden je nach Gewicht eigene Schalen innerhalb des Sternes und die Elektronen sind in jeder Schale so beweglich, wie in einem homogenen Plasma. Der Stern verhält sich also eher wie eine große Kugel aus metallischem Sauerstoff im Inneren und metallischem Kohlenstoff in der äußeren Schale.
MfG
 

Dgoe

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Hallo pane,

zu einem Punkt denke ich auch Antworten parat zu haben.

Das gilt aber nur, wenn Strahlenpol nicht mit dem Rotationspol übereinstimmt...
Genau. Bei der Erde zwar recht nah beieinander, muss aber nicht. Den Pulsar, in Gegensatz zu einem anderen Neutronenstern, zeichnet gerade aus, dass sein magnetischer Pol wohl näher am Äquator liegt (Äquator der Rotation).

Dann noch schauen wir von hier aus ziemlich genau drauf.

Wie ein Leuchtturm.

Nur deswegen die Namensgebung, weil er pulsiert für uns. Es gibt sonst keinen Unterschied zu einem anderen Neutronenstern.

Gruß,
Dgoe
 
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Ich

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Ich schrieb:
Energie ist nicht gleich Temperatur.
Dieser Satz ist für sich alleine ziemlicher Unsinn, weil das bei idealen Gasen eben genau so ist (E = 3/2*k*T). Wesentlich ist vielmehr, dass ein NS eben nicht mehr durch ein ideales Gas beschrieben wird, sondern wie ein ideales Fermigas.
Der Satz ist kein Unsinn, sondern des Pudels Kern. Dass bei idealen Gasen ohne innere Freiheitsgrade Energie und Temperatur proportional sind, berechtigt eben nicht zu einer Gleichsetzung der beiden Begriffe. Insbesondere beim Fermigas darfst du das nicht tun, und die Aussagen, dass sich das Fermigas nur bis zu einer bestimmten Temperatur abkühlen kann, sind falsch. Es ist vielmehr so, dass auch bei 0 K noch sehr viel Bewegungsenergie vorhanden ist. Wenn man Energie nicht mit Temperatur gleichsetzt, entsteht deswegen aber keine Verwirrung.
 

Bernhard

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Der Satz ist kein Unsinn, sondern des Pudels Kern.
Hallo Ich,

ich habe für Diskussionen der Art "Wer hat hier mehr Recht(e), als der andere" ehrlich gesagt viel zu wenig Zeit und auch keine Lust. Als Physiker weiß auch Tom, dass man das ganze Thema mit der Fermi-Dirac-Verteilung beschreiben kann und damit ist dann eigentlich alles Wichtige gesagt. Interessant ist vielleicht noch die Bemerkung aus der (oben verlinkten) Bachelor-Arbeit von Jakob Steil, dass die Temperatur des Neutronensterns für dessen Aufbau keine wesentliche Rolle spielt. Für das elektromagnetische Spektrum eines NS und das allgemeine Verständnis finde ich die Temperatur jedoch wichtig. Schließlich hat Herr Senf in der russischen Arbeit sogar Auskühlkurven von NS präsentiert. Man mag das als Detail interpretieren, aber letztlich bleibt das eine subjektive Sicht der Dinge.
MfG
 

ralfkannenberg

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ich habe für Diskussionen der Art "Wer hat hier mehr Recht(e), als der andere" ehrlich gesagt viel zu wenig Zeit und auch keine Lust.
Hallo Bernhard, hallo Ich,

warum nehmt Ihr Euch nicht einfach je 5 Minuten Zeit und schreibt kurz auf, welche Voraussetzung(en) bzw. Konventionen Ihr für Eure Diskussion nutzt. Wie ich Euch beide verstanden habe liegt ja primär nur ein "didaktisches Problem" vor, d.h. wenn man etwas so formmuliert, so könnte das der und der falsch verstehen und wenn man es anders formuliert, dann könnte es jemand anderes faslch verstehen. Also ein typisches Konventionen-Problem.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Herr Senf

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Hallo Bernhard und "Ich",

zur Begriffsentwirrung eine Frage:
ist das was zum Schluß nach Mio-Mrd Jahren thermischer Abkühlung in einem puren 2,7°K-NS "übrigbleibt"
nicht einfach eine nicht thermisch T nutzbare "Anergie" des Fermigases, das seine erlaubten Zustände besetzt hat?

Analogie wäre die von Null verschiedene (Normierungsgründe) niedrigste Energie des Vakuums, auch
eine nicht nutzbare "Anergie", die die "Freie-Energie-Hausierer" als "Nullpunktsenergie" umsonst anzapfen möchten.

Grüße Senf
 

Bernhard

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Also ein typisches Konventionen-Problem.
Hallo Ralf,

ich denke es geht eher darum zu entscheiden, wie wichtig oder unwichtig die Temperatur eines NS ist. Die verschiedenen Originalarbeiten (Tolman-Oppenheimer-Volkoff) haben die Temperatur eventuell nicht berücksichtigt (bin da kein Experte), aber ich denke in den aktuellen Arbeiten findet man dazu doch so einiges.

Ich persönlich finde es sehr interessant, sich Gedanken über die Temperatur eines NS zu machen. Die Näherung T=0K ist mir deswegen einfach zu grob und meiner Meinung nach auch für populärwissenschaftliche Darstellungen zu ungenau.
MfG
 

Bernhard

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ist das was zum Schluß nach Mio-Mrd Jahren thermischer Abkühlung in einem puren 2,7°K-NS "übrigbleibt"
nicht einfach eine nicht thermisch T nutzbare "Anergie" des Fermigases, das seine erlaubten Zustände besetzt hat?
Hallo Herr Senf,

zuerst ist das mal eine (mMn vernünftige) Vermutung, dass der NS bis auf die Temperatur des Mikrowellenhintergrundes abkühlt. Der NS befindet sich dann im thermischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung. Er nimmt über das magnetische Moment der Neutronen dann genau so viele Photonen auf, wie er auch wieder abgibt.

Falls dem so ist, sind bei dieser Temperatur fast alle erlaubten Zustände der Neutronen bis zur Fermi-Energie besetzt. Einige wenige Neutronen besetzen aber auch Zustände mit einer Energie über der Fermi-Energie und einige wenige Zustände mit einer Energie unter der Fermi-Energie bleiben entsprechend unbesetzt. Das Bild im Wikipedia-Artikel zur Fermi-Dirac-Statistik zeigt das eigentlich sehr anschaulich.

Der pure NS ist darüber hinaus scheinbar eine rein theoretische Annahme, denn warum sollte bei einem realen NS die Kruste und Atmosphäre mit zunehmender Abkühlung neutronisiert werden.
 
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Dgoe

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Hallo Bernhard,

also bei allem Respekt, aber wenn Du...
...für Diskussionen der Art "Wer hat hier mehr Recht(e), als der andere" ehrlich gesagt viel zu wenig Zeit und auch keine Lust...
...hast, dann sollte man nicht unbedingt jemand anderen unterstellen Unsinn zu verbreiten, so wie hier:
Dieser Satz ist für sich alleine ziemlicher Unsinn...
Wer würde daraufhin nicht seinen Standpunkt erläutern wollen?

Auch wenn ich inhaltlich nicht so folgen kann, erkenne ich doch eher einen Austausch an Argumenten, anstatt Rechthaberei. Ganz so, wie von Euch gewohnt. :)

Gruß,
Dgoe
 
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pane

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Ist wirklich so, dass sich der ganze Neutronenstern so wie ein großer Atomkern verhält? Das Paulische Ausschließungsprinzip gilt auch für zwei 10km entfernte Neutronen?

pane
 

Ich

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Hallo Bernhard,
ich habe für Diskussionen der Art "Wer hat hier mehr Recht(e), als der andere" ehrlich gesagt viel zu wenig Zeit und auch keine Lust.
Darum geht's doch gar nicht. Wir haben es hier schon immer so gehalten, dass man einander ggf. korrigiert, wenn eine Aussage nicht stimmt oder missverständlich ist. Das ist auch ein Grund für die oft hohe Qualität in diesem Forum. Deswegen habe ich auf deinen Beitrag #2 geantwortet. In #34 bist du darauf eingegangen, hast aber noch einmal wiederholt, dass es wegen des Pauli-Verbots eine Mindesttemperatur von mehreren Milliarden Kelvin gebe. Das schien mir mit den beiden Folgebeiträgen zwar für Tom und dich geklärt zu sein. Weil ich mir da aber nicht sicher war und weil es für einen Mitleser sicher nicht so rübergekommen ist, habe ich mich dazu nochmal geäußert, und das wär's dann gewesen.
Dass du die Aussage "Energie ist nicht gleich Temperatur." unsinnig findest hat mich irritiert, vielleicht waren ja doch nicht alle Missverständnisse ausgeräumt. Meine Antwort darauf bitte ich auch nicht als Rechthaberei zu sehen, sondern als ganz normalen Diskussionsbeitrag.
Interessant ist vielleicht noch die Bemerkung aus der (oben verlinkten) Bachelor-Arbeit von Jakob Steil, dass die Temperatur des Neutronensterns für dessen Aufbau keine wesentliche Rolle spielt. Für das elektromagnetische Spektrum eines NS und das allgemeine Verständnis finde ich die Temperatur jedoch wichtig.
Keine Frage.

Vielleicht zur Zusammenfassung, mit der wir beide einverstanden sind:
Anders als bei normalen Sternen erhalten Neutronensterne ihren stabilisierenden Druck nicht aus ihrer Temperatur, sondern aus dem quantenmechanischen Entartungsdruck. Dieser verschwindet auch nicht im Limes T->0, deswegen ist ein Neutronenstern auf "ewig" stabil (wenn nicht neue Physik wie Baryonenzerfälle wirksam wird). Dieser Entartungsdruck dominiert derart, dass selbst eine Temperatur von mehreren Millonen Kelvin die keinen Unterschied für die Struktur des Neutronenstern macht - für seine Beobachtbarkeit natürlich schon.
 

Dgoe

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OK. Ich werde mich an diesem Thema nicht weiter beteiligen.
Hallo Bernhard,

soo war das nun aber auch nicht gemeint. Wenn jeder widerspruchsfrei zum anderen Recht hätte, bräuchte man ja gar nicht erst diskutieren.

Ich finde die Diskussion recht wertvoll, nicht zuletzt auch - oder gerade auch - dank Dir, denn soweit ich gelesen habe, schweigt sich beispielsweise Wikipedia über solche Details völlig aus. Sind auch schon viele gute Links zusammen gekommen.

Gruß,
Dgoe
 

Ich

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ist das was zum Schluß nach Mio-Mrd Jahren thermischer Abkühlung in einem puren 2,7°K-NS "übrigbleibt"
nicht einfach eine nicht thermisch T nutzbare "Anergie" des Fermigases, das seine erlaubten Zustände besetzt hat?
So könnte man es ausdrücken. Sie ist thermisch genausowenig nutzbar wie die kinetische Energie von Elektronen in einem Atom - bis auf die wenigen unbesetzten Zustände wegen der 2,7 K, die Bernhard beschreibt.

Analogie wäre die von Null verschiedene (Normierungsgründe) niedrigste Energie des Vakuums, auch
eine nicht nutzbare "Anergie", die die "Freie-Energie-Hausierer" als "Nullpunktsenergie" umsonst anzapfen möchten.
Die Analogie mit dem Vakuum ist vielleicht gar nicht so schlecht. Man könnte quasi die Fermikante als Ufer des Dirac-Sees deuten.
Allerdings ist die niedrigste Energie des Neutronensterns (und auch der Elektronen im Atomkern) de facto kleiner Null, wenn man die Bindungsenergie mit einrechnet. Wird also nichts mit freier Energie.
 

Bernhard

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Dieser Entartungsdruck dominiert derart, dass selbst eine Temperatur von mehreren Millonen Kelvin die keinen Unterschied für die Struktur des Neutronenstern macht - für seine Beobachtbarkeit natürlich schon.
Darauf können wir uns einigen. Das macht Sinn. Vielleicht habe ich den Vorschlag mit T=0K, wenn es ihn denn in dieser Form überhaupt gab, auch falsch interpretiert. Falls Alle einverstanden sind, dass der NS real den Zustand T=0K nur asymptotisch in gaaanz ferner Zukunft erreicht, wäre der Punkt für mich geklärt, bzw. erledigt.
MfG
 

ralfkannenberg

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Ist wirklich so, dass sich der ganze Neutronenstern so wie ein großer Atomkern verhält? Das Paulische Ausschließungsprinzip gilt auch für zwei 10km entfernte Neutronen?
Hallo pane,

wenn Du Dir den Aufbau eines Neutronensternes anschaust, dann siehst Du, dass es da eine oberste Schicht gibt, in der es Eisenatomkerne, die ein kristallines Gitter bilden, sowie Elektronen gibt. Innerhalb dieser Schicht folgt dann eine Schicht aus allerlei Eisen-Isotopen, in der es also auch Neutronen gibt. Je weiter man nach innen gelangt, desto mehr Neutronen und desto weniger Eisenkerne findet man vor.

Innerhalb dieser Schicht erwartet man Kaonen und Pionen.

Bis dahin gilt der Aufbau eines Neutronensternes als gesichert und wie Du siehst hat das reichlich wenig mit einem "grossen Atomkern" zu tun. Weder findest Du um einen Atomkern eine Schicht aus neutronenfreien Eisenatomen, noch folgt dem dann eine immer neutronenreicher werdende Schicht, die dann noch weiter nach innen gehend von einer Schicht aus Kaonen und Pionen, zwei Bosonen, die keinem Pauli'schen Aussclussverfahren unterliegen, gefolgt wird.

Als aller- aller- allererste Näherung ist die Beschreibung des riesigen Atomkernes sicherlich sinnvoll, aber wenn man es dann genauer wissen möchte wird man schon etwas genauer defferenzieren müssen.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Bernhard

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Hallo Ich,

Darum geht's doch gar nicht. Wir haben es hier schon immer so gehalten, dass man einander ggf. korrigiert, wenn eine Aussage nicht stimmt oder missverständlich ist.
genau so soll es von meiner Seite aus auch bleiben :) .

Deswegen habe ich auf deinen Beitrag #2 geantwortet.
Bei #2 hatte ich diese Konvention nachgesehen. Das hätte ich wohl besser verlinken sollen.

In #34 bist du darauf eingegangen, hast aber noch einmal wiederholt, dass es wegen des Pauli-Verbots eine Mindesttemperatur von mehreren Milliarden Kelvin gebe.
Das ist so natürlich falsch. An dieser Stelle ist die zugehörige Quelle (pdf) relativ mißverständlich formuliert und ich konnte das zu dem Zeitpunkt nicht richtig einordnen. Die mehreren Milliarden Kelvin gehören scheinbar einfach zu dem Zeitpunkt ca. ein Jahr nach der Entstehung des NS.
MfG
 
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