Kann die Sonne entartete Materie enthalten?

Es wird angenommen, dass entartete Materie (Neutronium) sehr dicht und ab einer bestimmten Menge instabil ist – in dem Sinne, dass sie in sich zusammenfällt und eine Fusion verursacht. Das Ergebnis wäre eine massive Fusionsdetonation. Eine solche Detonation könnte dazu führen, dass die Sonne ihre Photosphäre verliert und das innere Sonnensystem mit einer Strahlungswelle überkocht. Dieses Ereignis wird in Robert Sawyers Buch „The Oppenheimer Alternative“ unterhaltsam beschrieben. Die Entdeckung des Neutronenkerns erfolgt jedoch durch die Identifizierung eines vorübergehenden Anstiegs der Produkte des CNO-Fusionszyklus, der hypothetisch 20 Millionen Kelvin erfordert, während die Kerntemperatur der Sonne „nur“ 15 Millionen Kelvin beträgt. Diese Fusionsprodukte werden durch Sonnenspektroskopie nachgewiesen.

Kann es einen solchen Neutronenkern geben? Falls vorhanden , wie könnten die Nebenprodukte des CNO-Zyklus vor der eigentlichen Explosion identifiziert werden? Ich meine, wenn das Neutronium degeneriert, verschmilzt und die Temperatur der Sonne erhöht, um eine CNO-Fusion zu ermöglichen, wird die Explosion dann nicht stattfinden, bevor eines der Photonen aus der Explosion Zeit hat, die Sonne genug aufzuheizen, um CNO-Produkte nachweisbar zu machen in den spektren?

EDIT: Zum Glück gibt es hier viele Leute, die schlauer sind als ich und trotzdem so nett sind, es schön zu zeigen. Ich werde versuchen, die Fakten des Romans ohne Spoiler zu klären (ähnlich wie das Phänomen der Roten Materie in Star Trek (2009) zu beschreiben, ohne die Handlung zu verderben)

  1. Edward Teller präsentiert drei Spektren der Sonne, die 1929, 1938 und 1945 bei einem Kolloquium in Los Alamos aufgenommen wurden
  2. Fermi bemerkt, dass das zweite Spektrum wegen der starken Kohlenstoffabsorptionslinien nicht von unserer Sonne, sondern von einem Stern der F-Klasse stammt
  3. Teller folgert, dass etwas mit unserer Sonne um 1938 herum passiert ist, um sie ein wenig aufzuheizen, um die CNO-Fusion auszulösen
  4. Oppenheimer bezieht sich auf von Neumanns Wetterdaten, dass die Erde während dieser „Periode“ tatsächlich statistisch wärmer war. Er fährt fort, dass das Problem weder bei den Spektrographenplatten von Bethe noch bei den Berechnungen von Teller liegt. Oppenheimer sagt vielmehr, dass die Sonne tatsächlich ein „Problem“ hat.
  5. Oppenheimer erinnert sich an Veröffentlichungen von Zwicky und Landau, die einen Neutronenkern unserer Sonne vermuteten.
  6. Oppenheimer erinnert sich an eine Arbeit, die er zusammen mit Robert Serber geschrieben hat und die Landaus Arbeit mit Berechnungen widerlegte, wonach ein Neutronenkern mit mehr als 0,1 Sonnenmassen instabil wäre.
  7. Die Instabilität des Neutronenkerns würde sich als heißere Sonne manifestieren
  8. Oppenheimer beginnt zu sagen, dass eine solche Instabilität vorübergehend ist, und Teller unterbricht ihn, um herauszuplatzen, dass das instabile Neutronium von der Sonne ausgestoßen würde
  9. Teller fährt fort, dass ein Neutronenkern durch eine Implosion gebildet würde, und vergleicht es dann mit dem Prozess, der in der Atombombe FatMan abläuft, wo ein Sprengsatz verwendet wird, um einen Plutoniumkern zu implodieren. Das unvermeidliche Ergebnis, das er angibt, ist eine Explosion (es ist unklar, ob er Spaltung oder vielleicht seinen eigenen Dämon, Fusion) meint.
  10. Hans Bethe rechnet dann anhand der erwarteten Größe eines Neutronenkerns, der bekannten Größe der Sonne und der Lichtundurchlässigkeit der Sonne aus, dass die nach außen explodierende entartete Materie in 90 Jahren auf die Photosphäre treffen würde.

An dieser Stelle lasse ich die anderen wirklich sachkundigen Leute hier zu diesen Punkten und ihrem Wahrheitsgehalt Stellung nehmen. Ich werde jedoch immer noch von der Idee verfolgt, dass ein kleines, wirklich schweres Objekt (mikroskopisch kleines Schwarzes Loch, Weißer Zwerg usw.) von unserer Sonne eingefangen werden könnte und dann Instabilität auslösen könnte.

Es gibt (mindestens) zwei Arten von entarteter Materie. Materie unterstützt durch Elektronenentartung, die den größten Teil der Masse von weißen Zwergsternen ausmacht, und Neutronium, unterstützt durch Neutronenentartung, das einen großen Teil der Masse von Neutronensternen ausmacht. Ich bin mir ziemlich sicher, dass derzeit keiner in der Sonne gefunden wird, aber könnten Sie in Ihrer Frage auf jeden Fall klarstellen, was Sie meinen?
"Die Oppenheimer-Alternative", ein spannender neuer Science-Fiction-Thriller...
Neutronium. danke, dass du es behoben hast.
Anscheinend tritt in der Sonne kein Zyklus auf. en.wikipedia.org/wiki/CNO_cycle Die Prämisse des Romans ist, dass entartete Materie einen Temperaturanstieg (durch Fusion von Neutronium) verursacht, um den CNO-Zyklus zu beschleunigen. Meine Frage ist, ob JEDES Ereignis, das den cno-Zyklus beschleunigt, erkannt werden könnte, bevor der unvermeidliche koronale Massenauswurf auftritt?
Erwähnt das Buch, wie sich eine Neutroniumkugel zufällig in der Sonne befindet? Ist es einfach hineingefallen oder sollte es dort entstehen?
Übrigens ist reines Neutronium unmöglich, es enthält immer einen gewissen Prozentsatz an Protonen und Elektronen. Und echte Neutronensterne haben eine Kruste, die aus (relativ) normalen Kernen und entarteten Elektronen besteht. Es gibt einige Informationen über die Stabilität von Neutronium unterPhysics.stackexchange.com/a/105475/123208 und Informationen über die Neutronensternstruktur unterPhysics.stackexchange.com/a/275716/123208
Der CNO-Zyklus produziert keine Neutronen. Neutronium kollabiert nicht, es sei denn, Sie haben mehr als 2 Sonnenmassen davon. Der Kollaps verursacht keine Fusion; es verschwindet in einem schwarzen Loch. Keines dieser Szenarien macht Sinn.
@RobJeffries Vielen Dank für Ihre zahlreichen Beiträge auf dieser Seite. Ihre Aussagen sind klar und hilfreich. Ich habe die ursprüngliche Frage so bearbeitet, dass sie Sie und alle anderen hier, die die Fakten WIRKLICH kennen, vielleicht weniger irritiert. Ich entschuldige mich dafür, dass ich die Fakten in meiner ursprünglichen Frage geschlachtet habe.
@aquagremlin Sie interpretieren viel in meine Aussage von drei Fakten und einer Schlussfolgerung. Um es klar zu sagen; Die Hypothese ist nun, dass es im Kern der Sonne ein (ungeklärtes) kompaktes Objekt gibt, dass dies den Kern heißer macht und dass der Hinweis darauf im überschüssigen Kohlenstoff liegt, der in der Photosphäre zu sehen ist?
@RobJeffries ja. Und wenn Sie erklären könnten, "wie können wir eine spektrale Verschiebung sehen, die durch ein schweres Ereignis im Kern der Sonne verursacht wird, bevor wir das katastrophale Ereignis selbst sehen?"
Ich denke immer noch über Ihre Antwort hier nach astronomy.stackexchange.com/questions/15043/… Und ich bin verwirrt über die Verwendung des Wortes „Entartungsdruck“. Warum sich überhaupt die Mühe machen, dieses Wort zu verwenden. Wenn wir versuchen, die Fusion in einem Tokomak zu zünden, sprechen wir davon, das Plasma zu komprimieren, um eine bestimmte Temperatur zu erreichen? Das Plasma als Ganzes ist elektrisch neutral, da es aus allen Teilchenarten besteht. Bezieht sich der Entartungsdruck auf die Teilchenabstoßung durch elektromagnetische Kräfte?
Vielleicht gefällt Ihnen "Dragon's Egg", ein Roman über das Leben, das sich auf einem Neutronenstern entwickelt (Rob't Forward)

Antworten (2)

Die Antwort auf die Frage, ob ein normaler Stern einen Kern aus entarteten Neutronen enthalten kann, lautet ja. Thorne & Zytkow erstellten 1977 numerische Modelle, bei denen ein Neutronenstern in das Zentrum eines massiven Riesen- oder Überriesensterns eingebettet wird, umgeben von einer großen gasförmigen Hülle. In diesem Szenario wird die Hauptenergiequelle nicht zur Kernfusion, sondern zur Gravitationskontraktion von Materie, die von der inneren Hülle auf den äußeren Kern fließt. Die Energieerzeugungsverhältnisse sind

L nuk / L ≈ 0,04 , L grav / L = 0,96
für Sterne mit M Knirps ≤ 10 M ⊙ , da sich darüber Konvektionshüllen bilden. Die Modelle sagen unabhängig von der Masse ein gewisses Maß an Hüllenverbrennung voraus, mit wasserstoff-, helium- und kohlenstoffverbrennenden Schichten außerhalb des Kerns. In den inneren Regionen sind die Temperaturen um Größenordnungen höher als für den CNO-Zyklus erforderlich, der eigentlich bei etwa 15 Millionen Kelvin (nicht 20 Millionen K) einsetzt und bei etwa 17 Millionen K über die pp-Kette dominiert.

Thorne & Zytkow haben das für gefunden M Knirps < 2 M ⊙ waren die Hüllen gegenüber radialen adiabatischen Pulsationen instabil, was impliziert, dass es wahrscheinlich nicht möglich ist, die Analyse auf den Fall der Sonne auszudehnen – bei dieser Masse ist das Objekt ziemlich anfällig für Instabilitäten. Abgesehen davon bin ich ziemlich zuversichtlich, dass wir feststellen könnten, ob es im Sonnenkern ein entartetes Objekt gab; Anders als beim Roten Riesen oder Überriesen gibt es keine große Hülle, die ihn verbirgt, und die Masse des Neutronensterns wäre zumindest vergleichbar mit oder (viel wahrscheinlicher) größer als die Masse der Sonne selbst.

Einige Punkte zur Stabilität entarteter Neutronenmaterie: Das Problem liegt tatsächlich bei kleinen Mengen, nicht bei großen Mengen. Kleine Mengen sind nicht in der Lage, durch ihre eigene Schwerkraft gebunden zu bleiben; Die beteiligten Drücke sind einfach zu hoch, und der Solarkern steht bei weitem nicht unter Hochdruck genug, um die Stabilität aufrechtzuerhalten. Optimistisch bräuchten Sie irgendwo in der 0,1 M ⊙ - 0,2 M ⊙ Mindestbereich für Stabilität , obwohl ich überrascht wäre, wenn eine so niedrige Masse entarteter Materie auf natürliche Weise produziert würde - ein Neutronenstern mit einer typischeren Masse müsste wahrscheinlich irgendwie an Masse verlieren.

Da typische Neutronensterne die Masse der Sonne überschreiten, sollte ein eingebetteter Neutronenstern in der Sonne ziemlich auffällig sein!
@antispinwards Ich nehme an, ich bin der Untertreibung des Jahres schuldig, ja.
@ HDE 226868 Vielen Dank und ich habe Ihre Antwort markiert. Aber ein Teelöffel Neutronium würde nur 5 Tonnen wiegen. Wie viel Neutronium wird benötigt, bevor es instabil wird? Würde eine so kleine Menge überhaupt auffallen?
@aquagremlin Es geht in die andere Richtung - kleine Mengen Neutronium sind instabil, Sie brauchen etwas mehr als eine Sonnenmasse, bevor die eigene Schwerkraft genügend Druck liefert, um es stabil zu halten. Auch ein Teelöffel voll Neutronium wiegt etwa 500 Millionen Tonnen!
5 Tonnen/Teelöffel voll ist die Dichte eines Weißen Zwergs, der anderen Art von entarteter Materie
@aquagremlin Ein "Teelöffel Neutronium" wäre wegen seines wahnsinnig hohen Drucks verrückt instabil. Es ist nur die unglaublich starke Eigengravitation eines ganzen Neutronensterns, die verhindert, dass der Innendruck im Neutronium das Ganze auseinander sprengt.
Äh, OK, ich habe die Antwort von Steve Linton größtenteils dupliziert.
Sobald es so kompakt ist, wäre wahrscheinlich eine Masse von etwa 0,1 Sonnenmassen von Neutronium stabil. Der schwierige Teil ist, dorthin zu gelangen.
@userLTK Wie die verknüpfte Antwort erklärt, ist die geringe Masse von 0,1-0,2 M ⊙ stammt von einem Nulltemperatur-"Harrison-Wheeler"-Modell, dh es ist für kaltes Neutronium mit einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt. Der übliche Mindestmassenwert von 1,2 M ⊙ ist für einen bei einer Supernova-Explosion entstandenen Neutronenstern mit einer Temperatur im Bereich von einer Milliarde K oder mehr. Eine Kugel aus stabilem Neutronium bei der relativ kühlen Temperatur des Sonnenkerns könnte kleiner als 1,2 sein M ⊙ aber es wäre definitiv größer als die vom Harrison-Wheeler-Modell vorhergesagte Masse.
Technisch gesehen schlug Landau dies erstmals 1938 vor (und schlug dies sogar vor, um die Sonne mit Strom zu versorgen) ui.adsabs.harvard.edu/abs/1938Natur.141..333L/abstract Leider steckt es hinter einer Natur-Paywall fest
@PM2Ring Sie verstehen falsch, was "kalt" bedeutet. Neutronensterne mit 0,1-0,2 Sonnenmassen können während der Sternentwicklung nicht entstehen. Hat nichts mit der Temperatur zu tun.
@RobJeffries Ich verstehe, dass die minimale Neutronensternmasse, die in einer Supernova erzeugt werden kann, etwa 1,2 beträgt M ⊙ . Was bedeutet „kalt“ in diesem Zusammenhang? Mir ist klar, dass entartete Materie beim Erhitzen nicht versucht, sich auszudehnen, wie es normale Materie tut.
@ProfRob Hänsel et al. zeigt, dass kalte Neutronensterne mit weniger als 0,17 Sonnenmassen nur metastabil sind – sie zerfallen zu Eisenstaub und werden schließlich zu einem Weißen Zwerg. Kein Wort darüber, wie sich das ändert, wenn Sie es in die Sonne fallen lassen.

Es gibt Probleme mit dem oben beschriebenen Szenario.

Erstens, wenn der CNO-Zyklus funktionieren würde, müsste er Millionen/Milliarden von Jahren in Betrieb sein, um die relative Häufigkeit von CNO in der Sonnenphotosphäre merklich zu beeinflussen. Denn der Kern ist in eine Strahlungszone eingebettet, in der nur vergleichsweise langsame Mischprozesse ablaufen.

Ein viel offensichtlicheres Zeichen für einen Anstieg der Kerntemperatur der Sonne wäre ein dramatischer Anstieg der Rate, mit der Neutrinos aus der pp-Kette nachgewiesen wurden. Angesichts der Tatsache, dass es nicht klar ist, wann die Geschichte spielt, könnte es sein, dass Prä-Neutrino-Detektoren sofort bestätigt hätten, ob der Kern der Sonne heißer war, als er sein sollte.

Zweitens besteht der Nettoeffekt im üblichen CNO-Zyklus darin, den Kohlenstoff des Kerns in Stickstoff umzuwandeln. Im Gegensatz zu Punkt 2 wäre die photosphärische Signatur des CNO-Verbrennens (und Aufwärtsmischens) also ein Überschuss an Stickstoff und ein Kohlenstoffabbau.

Drittens erfordert die Oppenheimer/Serber-Idee eines entarteten Neutronenkerns, dass der Neutronenkern massereicher ist als 0,1 − 0,2 M ⊙ . Es sind Neutronenkernmassen, die niedriger sind als die, die sich nicht bilden und nicht stabil sein könnten.

Angesichts der Schaffung (irgendwie) eines Neutronenkerns mit M > 0,1 M ⊙ , würde die Sonne sehr schnell zu einem roten Überriesen werden. Wie schnell? Es wäre im Grunde die Kelvin-Helmholtz-Zeitskala der Hülle. Die Leuchtkraft des Kerns würde schnell auf rund ansteigen 10 , 000 L ⊙ (aufgrund von Akkretion auf dem Kern, nicht CNO-Verbrennung, siehe z. B. Cannon et al. 1992 ), was angesichts der potenziellen Gravitationsenergie eine KH-Zeitskala von etwa 100-1000 Jahren für die Hülle ergibt.

Die "Explosion nach außen" wäre nicht wirklich eine Explosion, sondern eher eine Ausdehnung und Verdünnung der äußeren Schichten der Sonne, so dass sie die Erde verschlingen würde.

Die Zeitskala, um Beweise dafür durch CNO-Verbrennung zu sehen, wäre viel länger als die Expansionszeitskala, die ich gedacht hätte. Der CNO-Zyklus läuft bei typischen Brenntemperaturen auf Zeitskalen von weniger als etwa einer Million Jahren nicht einmal vollständig ab.

Wahrscheinlich sollte ich das Buch nicht lesen...

Das Buch ist gut geschrieben und ich hoffe, Sawyer versteht nicht, dass ich „Aufmerksamkeit auf fragwürdige Tatsachen lenke“. Ein erfreulicher Abschluss der Handlung ist, wie sich die Physiker erlösen. Obwohl diese Leistung handgewellt ist. Schließlich waren sie es, die in ihrem Wunsch, einen technologischen Sieg über Hitler zu erringen, die Atomwaffen erdacht haben. Die Herstellung und Verbreitung dieser Technologie hat unsere Erde mit Niederschlägen von Tests sowie von ausgefallenen Spaltreaktoren belastet. Darüber hinaus hat die Angst vor einer gegenseitig zugesicherten Zerstörung zu einem unhaltbaren politischen Gehabe geführt.
Und natürlich gibt es immer eine Liebesgeschichte. In diesem Fall handelt es sich um Oppenheimer und eine andere Frau. Etwas an Feynman und Arline erinnernd, gibt es eine ergreifende und tragische Wendung.
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