Kurzgesagt – In a Nutshell
Quellen – Weiße Zwerge
Wir bedanken uns bei Michael Büker (Diplom Physiker und Wissenschaftsjournalist) für seine Mitarbeit und den wertvollen Input.
Weiße Zwerge – Quellenliste
Da dieses Video zuerst auf unserem englischen Kanal erschienen ist, haben wir für die Recherche hauptsächlich englische Quellen verwendet. Damit unsere deutschen Zuschauer jedoch nicht im Nachteil sind, haben wir an einigen Stellen zusätzlich deutsche Quellen eingefügt. So könnt ihr euch auch ohne weitreichende Englischkenntnisse informieren.
– Leider wird das Universum irgendwann sterben
Es gibt viele unterschiedliche Theorien über das Ende des Universums. Die meisten davon sind rein spekulativ und sehr umstritten, aber was man sicher weiß, ist dass alle Sterne irgendwann erlöschen. Das führt endgültig zum Wärmetod des Universums, da es keine thermodynamische Energie mehr gibt. Das Universum besteht zwar weiterhin, aber es ist absolut dunkel kalt und leblos.
#Heat Death: The Ultimate Fate of Our Universe, 2013
https://www.realclearscience.com/blog/2013/12/heat_death_the_ultimate_fate_of_our_universe.html
#Das Ende von allem, 2010
https://www.zeit.de/zeit-wissen/2010/02/Dossier-Kosmos/seite-8
#Wikipedia-Artikel “Wärmetod”
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmetod
– Sehr massereiche Sterne brennen zum Beispiel sehr heiß und schnell und sterben schon nach wenigen Millionen Jahren mit einer gewaltigen Supernova-Explosion.
#Wie lange leben Sterne?, 2009
https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/alter-von-sternen/
#How Do The Most Massive Stars Die: Supernova, Hypernova, Or Direct Collapse?, Forbes, 2018
– 97% aller Sterne verbringen ihren Lebensabend als Weiße Zwerge.
#Entstehung von Weißen Zwergen, 2013
https://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/~hsr/StEvI/Seminar_WS12-13/Entstehung_von_Weissen_Zwergen.pdf
“Mehr als 97 % aller Sterne, darunter auch die Sonne, werden am Ende ihres Entwicklungszyklus zu Weißen Zwergen.”
#Gaia reveals how Sun-like stars turn solid after their demise, esa, 2019
http://sci.esa.int/gaia/61044-gaia-reveals-how-sun-like-stars-turn-solid-after-their-demise/
“It is estimated that up to 97 per cent of stars in the Milky Way will eventually turn into white dwarfs, while the most massive of stars will end up as neutron stars or black holes.”
–Kleine Sterne, so genannte Rote Zwerge, brennen über Billionen Jahre aus, bis sie sich schließlich still und leise in einen weißen Zwerg verwandeln.
#Wie lange leben Sterne?, 2009
https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/alter-von-sternen/
#Red Dwarfs: The Most Common and Longest-Lived Stars,2016
https://www.space.com/23772-red-dwarf-stars.html
– Ist der Wasserstoff im Kern des Sterns aufgebraucht, beginnt er aus Helium schwerere Elemente zu fusionieren.
#Nucleosynthesis, Nasa, 2012
https://helios.gsfc.nasa.gov/nucleo.html
“After the hydrogen in the star's core is exhausted, the star can burn helium to form progressively heavier elements, carbon and oxygen and so on, until iron and nickel are formed”
#Sternentwicklung – die Masse entscheidet, 2005
https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/sterne/sternentwicklung/
“Erst dann ist der meiste Wasserstoff im Innern verbraucht. Ist das „Wasserstoffbrennen“ erst einmal beendet, ist das Ende eines Sterns nicht mehr weit. Zwar verschmilzt Helium zu schwereren Elementen, die wiederum noch schwerere Elemente bilden.”
– Am Ende dieses Prozesses hat er mehr als die Hälfte seiner Masse an das All verloren
#Sternentwicklung – die Masse entscheidet, 2005
https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/sterne/sternentwicklung/
“Durch diesen sogenannten Sternwind verliert die Sonne fast die Hälfte ihrer Masse.“
#Mass Loss in Dying Stars, 2016
https://aasnova.org/2016/07/26/mass-loss-in-dying-stars/
– Der ehemalige Stern hatte noch den 100-fachen Durchmesser, unser Zwerg ist dagegen nur so groß wie die Erde, hat dabei aber noch die Hälfte seiner ursprünglichen Masse.
#Sternentwicklung – die Masse entscheidet, 2005
https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/sterne/sternentwicklung/
“Dieses kleine, sehr heiße Objekt ist etwa so groß wie die Erde, enthält aber gut die Hälfte der Sonnenmasse.”
#Mass Loss in Dying Stars, 2016
https://aasnova.org/2016/07/26/mass-loss-in-dying-stars/
“The Sun will grow into a red giant with a radius the size of Earth’s orbit before eventually shrinking into a white dwarf about the size of Earth itself. Besides being very small, the resulting white dwarf will probably only have half of the original mass of the Sun. Where does that lost mass go?”
– Ein Teelöffel Weißer Zwerg ist etwa so schwer wie ein Auto
#One Weird Type of Star Acts Like Another,2008
https://www.nasa.gov/topics/universe/features/whitedwarf_pulsar.html
“A teaspoon of white dwarf material would weigh about 15 tons!”
#Forscher rätseln über mysteriösen Weißen Zwerg, 2016
“Ein Teelöffel mit Materie dieses Weißen Zwergs wiegt so viel wie ein Elefant auf der Erde.”
– Seine Anziehungskraft ist über 100.000 mal größer als die der Erde
#White Dwarf Stars, 2010
https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/dwarfs2.html
“With a surface gravity of 100,000 times that of Earth, the atmosphere of a white dwarf is very strange.”
– Außerdem sind sie so klein, dass ein Planet sie 75 mal enger umkreisen müsste, als die Erde die Sonne. Nur dann könnte es flüssiges Wasser geben.
#Habitable planets and white dwarfs, 2011
https://phys.org/news/2011-03-habitable-planets-white-dwarfs.html
In dieser Studie ist von "no closer than 0.01 AU", also “nicht näher als 0.01 AU” die Rede. Das bedeutet: maximal 100-mal näher. Auch der gezeigte Graph unterstützt das (blaue Zone = habitabel, 0.01 AU = 100-mal näher, 0.04 AU = 25-mal näher).
– Zum einen hätte der Planet dann eine gebundene Rotation und damit eine festgelegte Tag- und Nachtseite.
Sind Planeten zu nah an ihrem Stern, rotieren sie nicht mehr. Dies ist auch beim Mond der Fall, der immer die gleiche Seite Richtung Erde zeigt. Wäre die Erde in der Entfernung von 0.01 AE zu einem weißen Zwerg, hätte sie auch eine Seite, die in ständiger Dunkelheit liegt und eine, auf der durchgehend die Sonne (bzw. der weiße Zwerg) scheint.
#Habitable Zones Near Red Dwarf Stars Smaller than Previously Thought, 2014
https://scitechdaily.com/habitable-zones-near-red-dwarf-stars-smaller-previously-thought/
“When a planet is tidally locked to its star, it will always show the same side to its star just as the moon always shows the same side to Earth, so that the planet will have one permanent day side and one permanent night side.”
#Transit Surveys For Earths in the Habitable Zones of White Dwarfs, 2008
https://arxiv.org/pdf/1103.2791.pdf
“The side of the planet near thestar will have a permanent day, while the far side will have a permanent night”
– Weiße Zwerge sind extrem heiß, bis zu 7 mal heißer als unsere Sonne, und gehören damit zu den heißesten Objekten im Universum. Aber sie sind nicht besonders aktiv.
Grundsätzlich haben Sterne nicht nur eine Temperatur, sondern sind innen viel heißer als außen. Die Außentemperatur ist aber viel leichter zu bestimmen, weil man sie am Licht des Sterns ablesen kann. Wie heiß der Stern innen ist, kann man nur ausrechnen (sprich: einen educated guess abgeben).
Für unsere Sonne sind beide Werte ganz gut bekannt: Die Oberflächentemperatur beträgt rund 5500 °C, und die Kerntemperatur etwa 15 Millionen °C.
Aus diesem Paper geht hervor, dass Weiße Zwerge eine Oberflächentemperaturen von einigen Tausend Grad bis wenigen Zehntausend Grad haben,
#A Catalog of Spectroscopically Confirmed White Dwarfs from the Sloan Digital Sky Survey Data Release 4, Grafiken 7, 8, 9
https://arxiv.org/abs/astro-ph/0606700
Leider ist von dieser Studie nur ein Abstract online verfügbar.
Zur Kerntemperatur von Weißen Zwergen lassen sich kaum belastbare Angaben finden. Weiße Zwerge sind so extreme Objekte, dass wir nicht einmal besonders gut raten können, wie heiß sie im Inneren sein mögen.
Aus diesem Grund haben wir uns in Absprache mit unserem Physiker entschieden, dass es am glaubwürdigsten ist, die Außentemperaturen zu vergleichen. Und da ergibt sich, dass das 7-Fache der Sonnen-Oberflächentemperatur etwa 40.000 °C sind, was ungefähr den heißesten katalogisierten Weißen Zwergen entspricht.
#Weißer Zwergstern, Max-Planck-Institut,
https://www.mpifr-bonn.mpg.de/526463/whitedwarf
“Die Oberflächentemperatur Weißer Zwerge beträgt anfangs zwischen 10.000 und 100.000 Kelvin”
– Und das ist so ineffizient, dass Weiße Zwerge Billionen Jahre brauchen um abzukühlen.
Es dauert einige Milliarden Jahre bis Weiße Zwerge so stark abgekühlt sind, dass sie zu schwarzen Zwergen werden. Wie lange es dauert, bis Schwarze Zwerge endgültig auf 5 Kelvin abgekühlt sind, ist umstritten, da angenommen wird, das Universum ist noch zu jung, um schwarze Zwerge hervorgebracht zu haben. Manche Schätzungen gehen von Millionen von Millionen Jahren aus. Mit Sicherheit aber mindestens Billionen Jahre.
#Weiße Zwerge
https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/weisser-zwerg/525
“Bei angenommenen 20 Millionen Kelvin im Innern strahlen sie immer noch 10 Milliarden Jahre lang, […] Danach werden sie zunächst Rote Zwerge (Oberflächentemperatur etwa 3000 K) und schließlich Schwarze Zwerge und somit Form baryonischer Dunkler Materie. Die geringe Leuchtkraft decken Weiße Zwerge aus noch gespeicherter thermischer Energie.”
#When Will The First Star Go Dark?, Forbes, 2017
“This means that after around 10 trillion years, or “only” around 1,000 times the present age of the Universe, the surface of a white dwarf will have dropped in temperature so that it’s out of the visible light regime.”
#Neutron Stars, White Dwarfs, Brown Dwarfs And More Aren't Actually Stars, 2018
“Finally, there are the remains of stars. Sun-like stars will end their lives in a white dwarf phase, where the used-up core of stellar fuel contracts down to no bigger than the size of planet Earth. These objects will remain hot and luminous for hundreds of trillions of years, but they generate no new energy of their own.”
–Einigen Schätzungen zufolge könnten Weiße Zwerge bis zu 100 Milliarden MILLIARDEN Jahre lang leuchten. Das ist zehn Milliarden mal so lang wie das bisherige Alter des Universums
Der älteste weiße Zwerg, der jemals entdeckt wurde, war ca. 13,7 Milliarden Jahre alt und somit beinah so alt wie das Universum selbst (14 Milliarden Jahre). Barrow und Tipler schätzen, dass es 1015 [Millionen Milliarden] Jahre dauert bis schwarze Zwerge den absoluten Nullpunkt erreichen, der bei 5 Kelvin liegt.
#The Anthropic Cosmological Principle, 1996
#Black Dwarf Stars: The (Theoretical) End of Stellar Evolution, 2018
https://www.space.com/23799-black-dwarfs.html
“Scientists have calculated that a white dwarf will take at least a hundred million billion years to cool down and become a black dwarf, according to astronomer Ethan Siegel.”
– Schwarze Zwerge sind inaktive Objekte, die keine Energie mehr abgeben können.
Schwarze Sterne scheinen nicht mehr und geben auch keine Energie mehr ab.
#Black Dwarf Stars: The (Theoretical) End of Stellar Evolution, 2018
https://www.space.com/23799-black-dwarfs.html
#Schwarze Zwerge, Spektrum, 2009
https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/schwarzer-zwerg/428
“Schwarze Zwerge bezeichnet im Prinzip ausgekühlte Weiße Zwerge, also kompakte Objekte, die über einen so langen Zeitraum abgekühlt sind, dass sie nicht einmal mehr thermisch signifikant strahlen”
– Sie sind immer noch so massiv, dass man stirbt wenn man ihnen zu nahe kommt
Tödlich sind weiße und schwarze Zwerge deshalb, weil sie eine so große Anziehungskraft besitzen. Sobald man ihnen zu nahe kommt, wird man von ihnen mit solcher Kraft angezogen, dass man nur mit extrem hohen Energieaufkommen entkommen könnte. Sobald man auf die Oberfläche trifft, wird man von der gewaltigen Anziehungskraft zu einem Brei zerquetscht.
#Weißer Zwerg schredderte Planeten, 2015
https://www.spektrum.de/news/weisser-zwerg-schredderte-planeten/1342586
#The puzzling source IGR J17361–4441 in NGC 6388: a possible planetary tidal disruption event, 2014
https://academic.oup.com/mnras/article/444/1/93/1015554
– Und sie haben beinahe die niedrigste Temperatur, die im Universum möglich ist.
#The Anthropic Cosmological Principle, 1996
#Black Dwarfs, 2009
https://www.universetoday.com/41096/black-dwarf/
“A black dwarf is a white dwarf that has cooled down to the temperature of the cosmic microwave background, and so is invisible.”
Schätzungen gehen davon aus, dass schwarze Zwerge bis auf 5 Kelvin abkühlen. Nichts im Universum kommt näher an den absoluten Nullpunkt heran.
#Bang to Eternity and Betwixt: Cosmos, 2018
#Schwarze Zwerge, Spektrum, 2009
https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/schwarzer-zwerg/428
“Schwarze Zwerge bezeichnet im Prinzip ausgekühlte Weiße Zwerge, also kompakte Objekte, die über einen so langen Zeitraum abgekühlt sind, dass sie nicht einmal mehr thermisch signifikant strahlen. Jedoch ist zu beachten, dass die Thermodynamik das Erreichen des absoluten Nullpunkts (0 Kelvin) in der Formulierung des Dritten Hauptsatzes der Thermodynamik verbietet.”