Chandra: Der Auslöser für Tychos Supernova

astronews.com Redaktion

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1572 beobachtete der dänische Astronom Tycho Brahe das Erscheinen eines neuen Sterns am Himmel, der heller leuchtete als alle anderen Sterne. Das Studium dieser Supernova stellte Teile des damaligen Weltbilds in Frage. Der Überrest von Tychos Supernova wird auch heute noch untersucht, etwa vom NASA-Röntgenteleskop Chandra. (27. April 2011)

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Luzifix

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Also 20 Lj Ausdehnung der Wolke in 439 Jahren, das ergibt nach meiner Rechnung 13530 km/sek als Mittel über diese Zeit. Wie ist das denn, kann man aus solchen Beobachtungen Aussagen über das Gravitationspotential machen, das alle Massen im Universum an jenem Ort netto erzeugen?

Sind eigentlich die theoretisch zu erwartenden Ausdehnungskurven für verschieden große explodierende Massen in einem unbeeinflußt gedachten, genügend großen Raum gleich groß? Jetzt sagt bitte nicht, ich soll das selber ausrechnen.
 

Bynaus

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Was hat das mit dem Gravitationspotential zu tun? Das ist eine Supernova-Wolke. Supernovae sind Explosionen. Die haben als Eigenschaft, dass sie Material in alle Richtungen wegschleudern - genau das passiert hier.
 

Luzifix

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Was hat das mit dem Gravitationspotential zu tun? Das ist eine Supernova-Wolke. Supernovae sind Explosionen...

Ja. Also ich habe mich oben verrechnet, insofern, als ich den Durchmesser der Wolke anstelle des Radius verwendete. Die mittlere Geschwindigkeit ist also nur halb so groß. Ich wollte da nicht drauf herumreiten, vielleicht habe ich einfach zu viel nach Mach und Gravitation gegoogelt in den letzten Jahren.

Es geht doch darum, ob die Bewegung (die Explosion) in einer ebenen Raumzeit, die "hinreichend weit weg von anderen Massen sich befindet", eine andere ist, als wenn die Wirkungen verschiedener gravitativ verbundener Objekte sich bis zur "gefühlten" Ebenheit überlagern bzw. wegfluktuieren.

Wenn die Energie, die so eine Explosion antreibt, proportional der Masse eines Sternes ist, dann sollten die Geschwindigkeiten, mit der die Wolke sich ausbreitet bei allen SN dieselben sein. Das einzige, was die Wolke im gedacht leeren Raum wieder abbremsen kann, ist ihre eigene (Netto-)Gravitation, die aber mit fortschreitendem Verlauf sehr schnell abnimmt. Es könnte also sein, daß man am realen Durchmesser der Wolke beobachtet, wie die Machsche Trägheit durch alle fernen Objekte des Universums an der Abbremsung beteiligt ist. Oder ob solches Wirken ein Hirngespinst ist.
 

Luzifix

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Ich trau mich nochmal. Diese kugelförmige Staubwolke finde ich faszinierend. Es ist schade, daß man dem Tycho Brahe das nicht so mal kurz zeigen kann. In dem Artikel geht es ja vorwiegend um den Begleitstern, der noch intakt geblieben sein soll. Das wäre doch mal interessant, auszurechnen, ob so ein Stern unter dem Einfluß des Sogs der expandierenden Staubwolke kurzzeitig ausgehen kann, wo sind denn hier die stolzen Besitzer der Simulationsprogramme?

Und warum ist die Wolke trotz des Begleitsterns rund geblieben? Inwieweit ist so eine runde Wolke überhaupt ein Indiz dafür, daß der Raum näherungsweise euklidisch ist? In sehr fernen Galaxien kann man das vermutlich noch nicht beobachten. Warum findet man nicht um uns herum so etwas wie den letzen Überest jener Supernova, die unseren Standort einschloß? Oder kann man das längst auschließen? Und was ist mit den gravitativen Impulsen, die von den SN ausgehen, könnten sie für die Expansion des Universums verantwortlich sein?

Keine Angst, ich suche nicht in den Verwirbelungen der Staubmassen nach einem Porträt von Herrn Rössler. Aber ich erinnerte mich bei dem Gedanken an Mach an die Erklärungen eines Teilnehmers hier in dem Thread über die Kollission zweier SL. Da wurde nämlich gesagt, daß auch ein kräftefreies Objekt in der gemeinsamen Grenzfläche zwischen zwei EH in einem so tiefen Gravitationspotential steckt, daß man es nur mit unendlich viel Energie dort herausholen könnte, daß man es also deswegen als hinter einem EH befindlich betrachten müsse, auch wenn das auf dem ersten Blick nicht einleuchtet. Das hatte ich zähneknirschend mangels besserer Argumente akzeptiert. Denn ich war davon ausgegangen, daß man ein kräftefreies Objekt so auf der Nulllinie zwischen den EH einfach aus dem SL herausfliegen könnte. Wenn der Physiker damals recht hatte, woran ich immer noch zweifle, dann muß doch ähnliches auch für die große Menge sehr weit entfernter kosmischer Objekte gelten. Ziehen die nun an der Hülle unserer Sonne und an jener imposanten Staubwolke auf dem Foto oder tun sie es nicht? Und wenn ja, hat das Einfluß auf jede physikalische Messung, die wir hier auf der Erde machen (zum Beispiel unsere drei Vakuumkonstanten) oder nicht?
 

Bynaus

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Wenn die Energie, die so eine Explosion antreibt, proportional der Masse eines Sternes ist, dann sollten die Geschwindigkeiten, mit der die Wolke sich ausbreitet bei allen SN dieselben sein.

Warum? Sterne von 10 bis, je nach Quelle, 25 oder 100 Sonnenmassen explodieren als Supernovae. Da ist eine Menge Spielraum für Variationen. Okay, in diesem Fall ist es ja eine Typ Ia Supernova, die sollten (da sie alle von Weissen Zwergen mit 1.44 Sonnenmassen ausgehen) alle einigermassen ähnlich verlaufen: Anderseits: die Masse des Begleitsterns ist ja nicht festgelegt: ich könnte mir vorstellen, dass die Endgeschwindigkeit der Wolke auch davon abhängt.

Es könnte also sein, daß man am realen Durchmesser der Wolke beobachtet, wie die Machsche Trägheit durch alle fernen Objekte des Universums an der Abbremsung beteiligt ist.

Nein. Die Mach'sche Trägheit hat, ausser in einem ganz generellen Sinn (die Beschleunigung am Anfang hängt von der Masse und damit von der Trägheit ab) keinerlei Einfluss auf die Expansionsgeschwindigkeit der Wolke. Die Idee der Trägheit gemäss Mach ist ja, dass jede Masse zu jedem Zeitpunkt in alle Richtungen gleich stark von der fernen Masse "angezogen" wird und sich deshalb einer gerichteten Beschleunigung "widersetzt". Da ein Objekt im freien Fall (wie ein Supernova-Trümmerstück) nach allen Seiten gleich gezogen wird, kann die Mach'sche Trägheit niemals dazu führen, dass etwas gerichtet (z.B.: vom Zentrum der Supernova weg oder darauf zu) beschleunigt wird.

Das wäre doch mal interessant, auszurechnen, ob so ein Stern unter dem Einfluß des Sogs der expandierenden Staubwolke kurzzeitig ausgehen kann

Ausgehen? Sterne sind doch keine Kerzen... :) Fusion kommt vom Druck auf das Zentrum des Sterns. Die einzige Möglichkeit, wie eine Supernova Typ Ia den Begleitstern "auspusten" könnte wäre, wenn dieser durch die Supernova so viel Masse verliert, dass er danach weniger als 75 Jupitermassen übrig hat. Das scheint mir dann doch arg wenig (Begleitsterne von SN Ia-Vorläufern müssen ja Rote Riesen gewesen sein. Das heisst, sie müssen mindestens etwa eine Sonnenmasse gehabt haben, das sind 1047 Jupitermassen - mit anderen Worten, der Stern müsste in der Supernova rund 93% seiner Masse verlieren - eher unwahrscheinlich).

Inwieweit ist so eine runde Wolke überhaupt ein Indiz dafür, daß der Raum näherungsweise euklidisch ist?

Warum sollte sie nicht rund sein, gerade wenn der Raum nicht-euklidisch ist? Eine Supernova ist ein annährend kugelsymetrischer Prozess - entsprechend ist die Wolke auch kugelsymetrisch. Oder anders ausgedrückt: Ein Kreis auf einer Fläche bleibt ein Kreis, egal ob die Fläche nun flach oder die Oberfläche einer Kugel ist.

Warum findet man nicht um uns herum so etwas wie den letzen Überest jener Supernova, die unseren Standort einschloß?

Wie kommst du darauf, dass unser Standort von einer Supernova eingeschlossen wurde? Klar gab es in der Geburtswolke des Sonnensystems Supernovae, die Material ins neu gebildete Sonnensystem einschossen, und sicher hat das Sonnensystem bei seiner Entstehung Supernova-Material aus dem interstellaren Medium eingebaut - aber die Geburtswolke ist längst zerfallen, durch die rund 20 Rotationen um das Zentrum der Galaxis zu einem riesig langen Arm "verschmiert" - von den Supernovae jener Zeit sind sicher keine beobachtbaren Spuren übrig geblieben.

Und was ist mit den gravitativen Impulsen, die von den SN ausgehen, könnten sie für die Expansion des Universums verantwortlich sein?

Nein. Supernovae sind winzige Klinckerlinzerchen gegenüber der gewaltigen Energie, die in der beschleunigten Expansion des Universums steckt.
 
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Luzifix

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Es ist immer schön, wenn man Fragen prompt beantwortet bekommt, danke dafür! Aber die Delikatesse an der Sache ist wohl etwas verloren gegangen. Es war wohl zuviel Prosa dabei?

Wenn ich das mal Gezeitenkräfte nenne, die da aus der Ferne herkommen, was man natürlich nach Belieben auch als Raumzeitkrümmung denken kann, dann ist es doch so: Die gravitative Wirkung nimmt zwar mit der zweiten Potenz der Entfernung ab, die zugehörigen Volumen und damit auch die anzunehmenden Massen nehmen jedoch (in Kugelschalen gedacht) derweil mit der dritten Potenz zu. Man kann also nicht einfach behaupten, die Wirkung der fernen Massen sei zu vernachlässigen. Gezeiten deshalb, weil die Wirkungen von rechts an der Staubwolke oder auch der Sonne auf deren rechter Seite natürlich mehr ziehen als auf der linken. Und oben mehr als unten usw.

Denke ich jetzt mal die Explosion der Supernovae im leeren Raum als einen Musterprozess, der immer gleich abläuft, so muß man doch aus Abweichungen, die 400 Jahre danach gemessen werden, auf die Veränderung des Universums in dieser Zeit schließen können. Also jetzt im Augenblick ziehen hier an einem Körper alle zur Zeit sichtbaren Objekte mit der Kraft, die ihrer Masse (und Entfernung) vor einer Zeit entspricht, die der jeweiligen Entfernung der Massen in Lj äquivalent ist. Vor 400 Jahren war das expandierende Universum definitiv 400 Jahre jünger, es war also dichter und die Menge an Objekten sollte größer und die zugehörigen Entfernungen kleiner gewesen sein. Die Gezeitenkräfte, von diesen fernen Massen ausgeübt, müssen also exponentiell größer gewesen sein als heute. Und wenn man noch weiter zurück ginge, kommt man vielleicht an einen Punkt, wo die Lebensläufe der Sonnen gedehnt und Supernovae gar nicht möglich waren. Und wo vielleicht das Vakuum ganz andere Eigenschaften hatte.
 
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Bynaus

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Wenn ich das mal Gezeitenkräfte nenne

Du kannst Dinge nicht Gezeitenkräfte nennen, wenn sie keine sind. Gezeitenkräfte sind die Kräfte zwischen zwei Körpern, die dadurch zustande kommen, dass sie nicht wirklich die Punktmassen sind, als die sie in den Keplergesetzen angenähert werden.

Man kann also nicht einfach behaupten, die Wirkung der fernen Massen sei zu vernachlässigen.

Doch, das kann man (selbst wenn man annimmt, die Trägheit käme tatsächlich von der Wirkung ferner Massen, was bei weitem nicht gesichert ist...). Weil sie an jedem Punkt eines Objekts genau gleich ansetzen, sei es in der Mitte oder Aussen, gibt es keinerlei gerichtete Bewegung, die sich daraus ergeben kann.

Gezeiten deshalb, weil die Wirkungen von rechts an der Staubwolke oder auch der Sonne auf deren rechter Seite natürlich mehr ziehen als auf der linken.

Das wäre nur der Fall, wenn die ferne Reaktionsmasse inhomogen verteilt wäre. Wenn also z.B. das "ganze Universum" auf der einen Seite zu finden wäre (wir also an seinem "Rand"). Da die ferne Masse aber als homogen in alle Richtungen angenommen werden kann, gibt es keinerlei gerichtete Kräfte (ähnlich wie es im Innern einer Kugelschale keinerlei gerichtete Kräfte gibt).

Denke ich jetzt mal die Explosion der Supernovae im leeren Raum als einen Musterprozess, der immer gleich abläuft

Keine besonders vernünftige Annahme. Google mal nach Bildern von Supernova-Überresten (englisch "Supernova Remnant"). Die sehen alle ganz anders aus.
 
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