Letzte Aktualisierung: 5. Oktober 2024

Was ist ein Collapsar?

Illustration eines Collapsar — Die Tycho-Supernova (SN 1572) ist eine Nova, die 1572 im Sternbild Kassiopeia erschien. Sie war mit bloßem Auge sichtbar und wurde am 11. November 1572 von Tycho Brahe beobachtet, damals heller als die Venus. Tycho Brahe bemerkte, dass sich die Position des Objekts relativ zu Fixsternen wie Planeten nicht veränderte. Er folgerte, dass es sich nicht um einen Planeten, sondern um einen Fixstern handelte. Ab März 1574 verschwand es unterhalb der Sichtbarkeitsgrenze. Bildnachweis: Public Domain-Bild: Zusammengesetztes Bild von SN 1572, gesehen durch Chandra-Röntgenaufnahme. Chandra-Röntgenobservatorium, Spitzer-Weltraumteleskop und Calar-Alto-Observatorium.

Herkunft und wissenschaftliche Definition des Collapsar

Der Begriff „collapsar“ setzt sich aus den Wörtern „collapse“ und „quasar“ zusammen. In den 1990er Jahren wurde vorgeschlagen, massereiche Sterne zu beschreiben, deren Gravitationskollaps ein Schwarzes Loch erzeugt, das relativistische Jets und Gammaemissionen verursacht. Kollapsare werden insbesondere mit langanhaltenden Gammastrahlenausbrüchen (mehr als zwei Sekunden) in Verbindung gebracht, die aus dem Kollaps massereicher Sterne und der schnellen Bildung von Schwarzen Löchern resultieren.

Gravitationskollapsmechanismus

AZusammenbruchist ein astrophysikalisches Phänomen, das aus dem Gravitationskollaps eines massereichen Sterns resultiert, der normalerweise eine Masse hat, die mehr als das 20-fache der Sonnenmasse beträgt. Dieser Prozess führt zur Bildung eines Schwarzen Lochs und kann der Ursprung von Gammastrahlenausbrüchen sein, die zu den energiereichsten Ereignissen gehören, die im Universum beobachtet werden.

Am Ende seines Lebens erschöpft ein massereicher Stern seinen Kernbrennstoff, wodurch ein Eisenkern entsteht. Im Gegensatz zu leichteren Elementen wird bei der Eisenfusion keine Energie freigesetzt. Der Kern erzeugt daher nicht mehr den Druck, der erforderlich ist, um der Anziehungskraft der Schwerkraft entgegenzuwirken. Wenn die Masse des Kerns die Chandrasekhar-Grenze (~ das 1,4-fache der Sonnenmasse) überschreitet, kollabiert er unter seinem eigenen Gewicht. Wenn die Masse des verbleibenden Kerns etwa 3 Sonnenmassen überschreitet, kollabiert der Stern und es entsteht ein Schwarzes Loch.

Entstehung Schwarzer Löcher und Dynamik der Akkretionsscheibe

Wenn sich ein Kollapsar bildet, sammelt der kollabierende Sternkern weiterhin Material an und bildet eine Akkretionsscheibe um das entstehende Schwarze Loch. Die durch extreme Gravitationskräfte und innere Reibung erhitzte Scheibe setzt enorme Energiemengen frei. Materie in der Scheibe wird auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt und einige werden als mächtige Jets ausgestoßen, die oft auf die magnetischen Pole des Sterns ausgerichtet sind.

Zugehörige Gammastrahlenausbrüche

DERGammastrahlenausbrüche(Gammastrahlenausbrüche oder GRBs), die mit Kollapsaren einhergehen, sind helle Explosionen von Gammastrahlung. Sie entstehen, wenn Strahlen relativistischer Materie die äußeren Schichten des Sterns durchdringen und in den Weltraum entweichen. Die von einem Gammastrahlenausbruch freigesetzte Energie ist in nur wenigen Sekunden enorm und liegt in der Größenordnung von 10^{44}$ Joule. Diese Ereignisse ermöglichen die Untersuchung extremer Phänomene wie der allgemeinen Relativitätstheorie, der Plasmaphysik und der Entwicklung massereicher Sterne.

Zusammenfassend

Die Zusammenbrüche in einer Galaxie sind zahlreich, sodass das Zusammenbruchsszenario bekannt ist. Kollapsare sind aufgrund ihrer Verbindung mit der Entstehung von Schwarzen Löchern und Gammastrahlenausbrüchen wichtige astrophysikalische Phänomene für das Verständnis der Entwicklung massereicher Sterne und der extremen Mechanismen des Universums. Die Beobachtung von Gammastrahlenausbrüchen und -kollaps ermöglicht die Erforschung von Energien und Schwerkräften, die so extrem sind, dass sie die Grenzen der aktuellen Physik überschreiten.