Unterschied zwischen Neutronenstern und Weißer Zwerg
Kurz gesagt
Neutronenstern und Weißer Zwerg sind kompakte Überreste ausgebrannter Sterne. Ein Neutronenstern entsteht meist aus dem kollabierenden Kern eines massereichen Sterns; selten kann er auch durch den Kollaps eines massereichen Weißen Zwergs entstehen. Ein Weißer Zwerg ist der freigelegte Kern eines Sterns, der seine äußeren Schichten abgestoßen hat.
Der HauptunterschiedEin Neutronenstern ist der extrem kompakte Rest eines meist massereichen Sternkerns nach dessen Kollaps; ein Weißer Zwerg ist ein freigelegter Kern nach dem Abstoßen äußerer Schichten.
Beide sind kompakte Sternreste ohne anhaltende Kernfusion im ursprünglichen Kern; Neutronensterne sind jedoch deutlich dichter und entstehen meist durch den Kollaps eines massereichen Sternkerns.
Steckbriefe
Steckbrief: Neutronenstern
Ein Neutronenstern ist meist der extrem kompakte Restkern eines massereichen Sterns nach einem Kernkollaps. Selten kann er auch entstehen, wenn ein massereicher Weißer Zwerg kollabiert. Seine Materie befindet sich in einem Zustand, der auf der Erde nicht dauerhaft hergestellt werden kann.
- extrem hohe Dichte
- überwiegend Neutronenmaterie
- oft schnelle Rotation
Beispiel Im Planetarium zeigt ein Modell, wie ein Neutronenstern in einem winzigen Volumen mehr Masse als die Sonne vereint.
Steckbrief: Weißer Zwerg
Ein Weißer Zwerg ist der heiße, kompakte Kern eines Sterns, der seine äußeren Gasschichten abgegeben hat. In seinem ursprünglichen Sternkern findet keine anhaltende Kernfusion mehr statt; in einem Doppelsternsystem kann jedoch aufgenommenes Material auf seiner Oberfläche fusionieren.
- etwa erdgroß
- Elektronen stützen den Kern
- kühlt langsam ab
Beispiel Ein Weißer Zwerg leuchtet im Teleskop als kleiner, heißer Sternrest neben einem größeren Begleitstern.
Auf einen Blick
| Merkmal | Neutronenstern | Weißer Zwerg |
|---|---|---|
| Was ist es? | Meist Restkern eines massereichen Sterns nach einem Kernkollaps; selten auch Ergebnis des Kollapses eines massereichen Weißen Zwergs | freigelegter Kern eines Sterns nach dem Abstoßen seiner Hülle |
| Typisch | extrem dicht, häufig schnell rotierend und stark magnetisch | heiß, kompakt und von Elektronen-Degenerationsdruck gestützt |
| Wofür / wann? | Untersuchung von Materie unter extremem Druck und starker Gravitation | Untersuchung der späten Entwicklung masseärmerer Sterne |
| Beispiel | Ein Pulsar sendet regelmäßig messbare Radiopulse aus. | Sirius B ist ein Weißer Zwerg im Sirius-System. |
| Entstehung | Meist Kernkollaps, häufig begleitet von einer Supernova; selten Kollaps eines massereichen Weißen Zwergs | Abstoßung der äußeren Sternschichten |
| Größe | Nur etwa zehn bis einige Dutzend Kilometer Durchmesser | Ungefähr in der Größenordnung der Erde |
| Stützung | Neutronendruck und Kräfte zwischen Teilchen | Druck entarteter Elektronen |
Im Detail
Zwei Wege zum Sternrest
Ein Stern verbringt den größten Teil seines Lebens damit, in seinem Inneren durch Kernfusion Energie zu erzeugen. Was nach dem Ende dieser Phase übrig bleibt, hängt vor allem von der Masse des Sterns ab. Sterne mit geringerer Ausgangsmasse können als Weiße Zwerge enden.
Bei einem massereichen Stern kann der Kern nach dem Verbrauch seines Brennstoffs unter seiner eigenen Schwerkraft kollabieren und eine Kernkollaps-Supernova auslösen. Gelingt die Explosion, kann der zurückbleibende Kern ein Neutronenstern sein; in anderen Fällen kann ein Schwarzes Loch entstehen.
Was im Inneren steckt
Im Weißen Zwerg ist die Materie so dicht, dass gewöhnlicher Gasdruck den Körper nicht trägt. Entscheidend ist der sogenannte Elektronen-Degenerationsdruck: eine quantenphysikalische Eigenschaft der Elektronen. Der Kern besteht häufig überwiegend aus Kohlenstoff und Sauerstoff, kann aber je nach Vorgeschichte anders zusammengesetzt sein.
Im Neutronenstern ist der Kollaps viel weiter fortgeschritten. Protonen und Elektronen werden im Inneren zu einem großen Teil in Neutronen umgewandelt; die Materie ähnelt daher nicht mehr gewöhnlichem Atomstoff. Welche Zustände im tiefsten Inneren genau vorkommen, ist Gegenstand der Forschung.
Größe, Masse und Schwerkraft
Ein Weißer Zwerg ist ungefähr so groß wie die Erde, kann aber eine Masse in der Größenordnung der Sonne besitzen. Deshalb ist seine Schwerkraft an der Oberfläche viel stärker als auf der Erde. Noch mehr Masse kann der Elektronendruck nicht stabil tragen; die Grenze liegt ungefähr bei 1,4 Sonnenmassen.
Ein Neutronenstern ist deutlich kleiner: Sein Durchmesser beträgt nur einige Dutzend Kilometer oder weniger. Trotzdem kann er mehr Masse als die Sonne enthalten. Die Schwerkraft an seiner Oberfläche ist so stark, dass Licht und Materie dort erheblich beeinflusst werden.
Leuchten, Rotation und Abkühlung
Ein Weißer Zwerg strahlt vor allem die Wärme ab, die er aus seiner früheren Entwicklung mitbringt, und wird dabei dunkler. In einem Doppelsternsystem kann aufgenommenes Material auf seiner Oberfläche fusionieren. Die Abkühlung dauert sehr lange; das Universum ist noch nicht alt genug, dass sich ein abgekühlter, vollständig dunkler Weißer Zwerg gebildet hätte. Neutronensterne können ebenfalls thermisch strahlen. Bei Pulsaren hängt die beobachtbare Strahlung jedoch meist mit ihrer Rotation und ihrem Magnetfeld zusammen.
Manche Neutronensterne rotieren schnell und senden Strahlung in gebündelten Richtungen aus. Zeigt ein solcher Strahl während der Rotation zur Erde, messen Teleskope regelmäßige Pulse: Das Objekt heißt dann Pulsar. Nicht jeder Neutronenstern ist deshalb als Pulsar zu beobachten.
Woran erkennt man den Unterschied?
- Achten Sie auf die Entstehungsgeschichte: Kernkollaps und Supernova sprechen für einen Neutronenstern.
- Vergleichen Sie die Größe: Ein Objekt von Erdgröße passt eher zu einem Weißen Zwerg.
- Suchen Sie nach regelmäßigen Pulsen; sie können auf einen rotierenden Neutronenstern hinweisen.
- Berücksichtigen Sie, dass beide allein anhand ihrer Helligkeit schwer zu unterscheiden sein können.
Gemeinsamkeiten
- Beide sind kompakte Überreste früherer Sterne.
- In ihren ursprünglichen Sternkernen findet keine anhaltende Kernfusion mehr statt; bei einem Weißen Zwerg kann aufgenommenes Material auf der Oberfläche jedoch fusionieren.
- Beide strahlen Wärme ab und kühlen allmählich aus.
Häufiger Irrtum
Irrtum: Ein Weißer Zwerg ist klein und deshalb massearm.
Richtig: Sein Durchmesser ist ungefähr erdgroß, seine Masse kann jedoch mit der der Sonne vergleichbar sein.
Häufige Fragen
Kann ein Neutronenstern als Pulsar erscheinen?
Ja, wenn er schnell rotiert und gebündelte Strahlung aussendet, die bei jeder Drehung in Richtung Erde gelangt. Dann erscheinen die Signale als regelmäßige Pulse.
Was wird aus einem Weißen Zwerg, wenn er abkühlt?
Er verliert nach und nach seine gespeicherte Wärme und wird immer lichtschwächer. Ein vollständig ausgekühlter „schwarzer Zwerg“ ist bislang nicht entstanden, weil dafür mehr Zeit nötig wäre, als das Universum bisher alt ist.
Kann aus einem Weißen Zwerg ein Neutronenstern werden?
Unter besonderen Bedingungen kann ein Weißer Zwerg in einem Doppelsternsystem Materie aufnehmen und kollabieren. Das ist nicht der übliche Ausgang; je nach Zusammensetzung und Entwicklung kann er stattdessen auch explodieren.
