27-05-2010, 14:21
3) The Degenerate Era (Die Degenerierte Ära)
1 Billiarde (10^15) Jahre bis 10 Sextilliarden (10^40) Jahre nach dem Urknall
Wenn die Evolution der Sterne endet beginnt die Degenerierte Ära. Die meisten Sterne werden ihre Kernfusion beendet
haben und als stellare Körper vor sich hin existieren. Nun haben wir zu etwa gleichen Teilen Braune und Weiße Zwerge,
3 von 1000 stellaren Körpern sind Neutronensterne und Schwarze Löcher. Da Weiße Zwerge ca. um den Faktor 10
schwerer als Braune Zwerge sind, befindet sich der allergrößte Teil der Masse im Universum nun in Weißen Zwergen.
Obwohl es noch größere Mengen freies Gas gibt, so ist es doch diffus verteilt und gering konzentriert.
Unter dem Strich gibt es in der Degenerierten Ära hauptsächlich stellare Überbleibsel wie Braune und Weiße
Zwerge, die im Bereich zwischen 10^15 und 10^37 Jahren die wichtigsten stellaren Objekte im Universum bilden.
In dieser Ära kommen die Braunen Zwerge, die gescheiterten Sterne, die nie genug Masse zur Kernfusion hatten,
wieder ins Spiel - denn sie können zusammenstoßen. Heutzutage macht sich niemand Gedanken über kollidierende
Sterne, da derartig viel Platz zwischen den Sternen ist, dass eine Kollision quasi unmöglich ist. Anschaulich wird das
durch einen Vergleich mit winzigen Sandkörnern, die man im Abstand von jeweils vielen Meilen im Universum verteilt.
Doch wenn man lange genug wartet passieren auch scheinbar unmögliche Dinge - und zwei Braune Zerge in der
Degenerierten Ära stoßen in einem bestimmten Winkel zusammen. Dabei kann es passieren, dass das Produkt dieser
Kollision genügend Masse besitzt, um zum echten Stern zu werden und die Fusion von Wasserstoff zu Helium
zu beginnen. Diese Sterne werden nichts mit der Sonne gemein haben und zu den typischen Roten Zwergen zählen,
die über Billionen Jahre langsam ihren Wasserstoffvorat, den sie mangels Masse zuvor nicht verbrennen konnten, zu
Helium fusionieren - um sich irgendwann in die Gruppe der Weißen Zwerge einzureihen.
Kennt man die Anzahl der Braunen Zwerge, die Galaxie in der sie sich befinden, die Kollisionsrate dieser Sterne und die
Lebensdauer der durch Kollisionen erzeugten Roten Zwerge, so kann man ausrechnen wieviele Sterne in dieser
Galaxie in der Degenerierten Ära scheinen werden. Für unsere Milchstraße erwartet man etwa drei (!) solcher Sterne.
Heute gibt es in jeder der unzähligen Galaxien Milliarden Sterne, die hell leuchten. In der Degenerierten Ära werden
in der Milchstraße zwei oder drei Sterne, Produkte der unwahrscheinlichen Kollision von Braunen Zwergen, leuchten.
Und das mit etwa 1/10.000 der Leuchtkraft unserer Sonne.
Auch Weiße Zwerge können kollidieren, auch wenn dies noch unwahrscheinlicher ist als die Kollision zweier
Brauner Zwerge [Anm.: zur Erinnerung, 20km Durchmesser!]. Meist wird dabei nichts herauskommen, was sich durch
irgendeine Aktivität auszeichnen würde. Doch manchmal könnten die Produkte solcher Kollisionen genug Masse haben,
um in einer besonderen Art Supernova zu explodieren. So wird unsere künftige, dunkle Galaxie von Zeit zu Zeit von
einer gewaltigen Explosion erfüllt sein.
Auch scheint es, als würden Weiße Zwerge die sog. dunkle Materie anziehen. In diesen Sternleichen würde sich dann
dunkle Materie ansammeln, sich wieder vernichten und dabei Strahlung freisetzen. Diese Strahlung eines Weißen
Zwergs würde etwa einer Quadrillion Watt entsprechen. Wenig im Vergleich zur Sonne aber immerhin ein guter Teil dessen,
was auf der Erde von der Sonnenstrahlung ankommt.
Auf lange Zeitskalen gesehen wird sich das Bild der Milchstraße drastisch wandeln und Sterne hinaus in die gigantisch
großen Voids geschleudert werden, wortwörtlich leere Bereiche zwischen den Galaxien. Das ließe sich beliebig in die
Zukunft extrapolieren, wäre da nicht ein eventuell auftretendes Problem: die Protonen selbst, essentielle Bestandteile
der uns vertrauten Materie, könnten zerfallen. Für diese Protonen wird eine ungefähre Lebensdauer von 10^37 Jahre
angenommen und die meisten von ihnen befinden sich in dieser Ära in Weißen Zwergen. Wenn nun also ein Proton nach
dieser unvorstellbar langen Zeit in ein sog. Positron [Anm.: quasi ein positiv geladenes Elektron] zerfällt, so wird es
sich sehr schnell zusammen mit einem dazu passenden, negativ geladenen Elektron vernichten. Von beiden Teilchen
wird unterm Strich nichts als Strahlung übrig bleiben, die letztenendes den Stern verlässt und damit seine Masse
Stück für Stück reduziert.
Mit diesem Wissen lässt sich nun die komplette Evolution unserer Sonne betrachten. Nach dem Aufblähen zu einem
Roten Riesen, dem Verlust der Hälfte ihrer Masse und dem anschließenden Dasein als Weißer Zwerg wird sie durch
den Zerfall der Protonen selbst immer kleiner und kälter. Auf lange Sicht ist der Protonenzerfall die wichtigste Triebkraft für
die Entwicklung stellarer Körper. Durch den geringeren Gravitationsdruck [es geht ja ständig Masse verloren und Masse
ist äquivalent zur Anziehungskraft eines Körpers] wird unsere Sonne als Weißer Zwerg mit der Zeit wieder etwas größer
und irgendwann noch ungefähr 400 Watt abstrahlen - eine Energiemenge, die man mit etwas Mühe auf dem Ruderergometer
im Fitnessstudio erzeugen kann.
Dieser Zerfall wird weitergehen bis die Sonne von ihrer ursprünglichen Masse auf die des Jupiters, also etwa um den Faktor
1000, zusammengeschrumpft ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Sonne am ehesten einem Block Wasserstoffeis
entsprechen, der durch geringste Mengen von Strahlung allmählich seine letzte Masse verliert. Irgendwann wird der
Eisblock nicht mehr existieren und die Evolution der Sterne findet ein Ende.
Zu Beginn der Degenerierten Ära hatten wir viele Braune und Weiße Zwerge, ein paar Neutronensterne und schwarze Löcher.
Letzte Sterne bildeten sich in seltenen Kollisionen Brauner Zwerge. Dunkle Materie sammelte sich in Weißen Zwergen an
und gab ihnen so eine Energie- und Strahlungsquelle, die sie sonst nicht gehabt hätten. Über eine Zeitspanne von 10^20
Jahren verlieren die Galaxien ihre Sterne [besser: Sternleichen] allmählich an das umgebende fast-nichts und schwarze
Löcher wachsen, indem sie verbleibende stellare Körper nach und nach verschlucken.
Die Degenerierte Ära endet, sobald alle Protonen zerfallen sind. Das wird in etwa 10^40 Jahren der Fall sein.
1 Billiarde (10^15) Jahre bis 10 Sextilliarden (10^40) Jahre nach dem Urknall
Wenn die Evolution der Sterne endet beginnt die Degenerierte Ära. Die meisten Sterne werden ihre Kernfusion beendet
haben und als stellare Körper vor sich hin existieren. Nun haben wir zu etwa gleichen Teilen Braune und Weiße Zwerge,
3 von 1000 stellaren Körpern sind Neutronensterne und Schwarze Löcher. Da Weiße Zwerge ca. um den Faktor 10
schwerer als Braune Zwerge sind, befindet sich der allergrößte Teil der Masse im Universum nun in Weißen Zwergen.
Obwohl es noch größere Mengen freies Gas gibt, so ist es doch diffus verteilt und gering konzentriert.
Unter dem Strich gibt es in der Degenerierten Ära hauptsächlich stellare Überbleibsel wie Braune und Weiße
Zwerge, die im Bereich zwischen 10^15 und 10^37 Jahren die wichtigsten stellaren Objekte im Universum bilden.
In dieser Ära kommen die Braunen Zwerge, die gescheiterten Sterne, die nie genug Masse zur Kernfusion hatten,
wieder ins Spiel - denn sie können zusammenstoßen. Heutzutage macht sich niemand Gedanken über kollidierende
Sterne, da derartig viel Platz zwischen den Sternen ist, dass eine Kollision quasi unmöglich ist. Anschaulich wird das
durch einen Vergleich mit winzigen Sandkörnern, die man im Abstand von jeweils vielen Meilen im Universum verteilt.
Doch wenn man lange genug wartet passieren auch scheinbar unmögliche Dinge - und zwei Braune Zerge in der
Degenerierten Ära stoßen in einem bestimmten Winkel zusammen. Dabei kann es passieren, dass das Produkt dieser
Kollision genügend Masse besitzt, um zum echten Stern zu werden und die Fusion von Wasserstoff zu Helium
zu beginnen. Diese Sterne werden nichts mit der Sonne gemein haben und zu den typischen Roten Zwergen zählen,
die über Billionen Jahre langsam ihren Wasserstoffvorat, den sie mangels Masse zuvor nicht verbrennen konnten, zu
Helium fusionieren - um sich irgendwann in die Gruppe der Weißen Zwerge einzureihen.
Kennt man die Anzahl der Braunen Zwerge, die Galaxie in der sie sich befinden, die Kollisionsrate dieser Sterne und die
Lebensdauer der durch Kollisionen erzeugten Roten Zwerge, so kann man ausrechnen wieviele Sterne in dieser
Galaxie in der Degenerierten Ära scheinen werden. Für unsere Milchstraße erwartet man etwa drei (!) solcher Sterne.
Heute gibt es in jeder der unzähligen Galaxien Milliarden Sterne, die hell leuchten. In der Degenerierten Ära werden
in der Milchstraße zwei oder drei Sterne, Produkte der unwahrscheinlichen Kollision von Braunen Zwergen, leuchten.
Und das mit etwa 1/10.000 der Leuchtkraft unserer Sonne.
Auch Weiße Zwerge können kollidieren, auch wenn dies noch unwahrscheinlicher ist als die Kollision zweier
Brauner Zwerge [Anm.: zur Erinnerung, 20km Durchmesser!]. Meist wird dabei nichts herauskommen, was sich durch
irgendeine Aktivität auszeichnen würde. Doch manchmal könnten die Produkte solcher Kollisionen genug Masse haben,
um in einer besonderen Art Supernova zu explodieren. So wird unsere künftige, dunkle Galaxie von Zeit zu Zeit von
einer gewaltigen Explosion erfüllt sein.
Auch scheint es, als würden Weiße Zwerge die sog. dunkle Materie anziehen. In diesen Sternleichen würde sich dann
dunkle Materie ansammeln, sich wieder vernichten und dabei Strahlung freisetzen. Diese Strahlung eines Weißen
Zwergs würde etwa einer Quadrillion Watt entsprechen. Wenig im Vergleich zur Sonne aber immerhin ein guter Teil dessen,
was auf der Erde von der Sonnenstrahlung ankommt.
Auf lange Zeitskalen gesehen wird sich das Bild der Milchstraße drastisch wandeln und Sterne hinaus in die gigantisch
großen Voids geschleudert werden, wortwörtlich leere Bereiche zwischen den Galaxien. Das ließe sich beliebig in die
Zukunft extrapolieren, wäre da nicht ein eventuell auftretendes Problem: die Protonen selbst, essentielle Bestandteile
der uns vertrauten Materie, könnten zerfallen. Für diese Protonen wird eine ungefähre Lebensdauer von 10^37 Jahre
angenommen und die meisten von ihnen befinden sich in dieser Ära in Weißen Zwergen. Wenn nun also ein Proton nach
dieser unvorstellbar langen Zeit in ein sog. Positron [Anm.: quasi ein positiv geladenes Elektron] zerfällt, so wird es
sich sehr schnell zusammen mit einem dazu passenden, negativ geladenen Elektron vernichten. Von beiden Teilchen
wird unterm Strich nichts als Strahlung übrig bleiben, die letztenendes den Stern verlässt und damit seine Masse
Stück für Stück reduziert.
Mit diesem Wissen lässt sich nun die komplette Evolution unserer Sonne betrachten. Nach dem Aufblähen zu einem
Roten Riesen, dem Verlust der Hälfte ihrer Masse und dem anschließenden Dasein als Weißer Zwerg wird sie durch
den Zerfall der Protonen selbst immer kleiner und kälter. Auf lange Sicht ist der Protonenzerfall die wichtigste Triebkraft für
die Entwicklung stellarer Körper. Durch den geringeren Gravitationsdruck [es geht ja ständig Masse verloren und Masse
ist äquivalent zur Anziehungskraft eines Körpers] wird unsere Sonne als Weißer Zwerg mit der Zeit wieder etwas größer
und irgendwann noch ungefähr 400 Watt abstrahlen - eine Energiemenge, die man mit etwas Mühe auf dem Ruderergometer
im Fitnessstudio erzeugen kann.
Dieser Zerfall wird weitergehen bis die Sonne von ihrer ursprünglichen Masse auf die des Jupiters, also etwa um den Faktor
1000, zusammengeschrumpft ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Sonne am ehesten einem Block Wasserstoffeis
entsprechen, der durch geringste Mengen von Strahlung allmählich seine letzte Masse verliert. Irgendwann wird der
Eisblock nicht mehr existieren und die Evolution der Sterne findet ein Ende.
Zu Beginn der Degenerierten Ära hatten wir viele Braune und Weiße Zwerge, ein paar Neutronensterne und schwarze Löcher.
Letzte Sterne bildeten sich in seltenen Kollisionen Brauner Zwerge. Dunkle Materie sammelte sich in Weißen Zwergen an
und gab ihnen so eine Energie- und Strahlungsquelle, die sie sonst nicht gehabt hätten. Über eine Zeitspanne von 10^20
Jahren verlieren die Galaxien ihre Sterne [besser: Sternleichen] allmählich an das umgebende fast-nichts und schwarze
Löcher wachsen, indem sie verbleibende stellare Körper nach und nach verschlucken.
Die Degenerierte Ära endet, sobald alle Protonen zerfallen sind. Das wird in etwa 10^40 Jahren der Fall sein.
Der Wissenschaftler denkt über seine Umwelt nach, entwirft eine Theorie die sie erklären soll, überprüft seine Theorie anhand von Experimenten an der Realität, verwirft sie wenn sie sich als falsch erweist und sucht nach einer besseren Erklärung.