Vraag over planeten en hun ontstaan

[Bladerunner]

Het restant na een supernova is een neutronenster of in het extreemste geval een zwart gat. Neutronensterren bestaan voor een groot deel uit (de naam zegt het al) neutronen en daarin vindt dus geen fusie meer plaats. Maar ze hebben waarschijnlijk een korst die bestaat uit het zwaarste element dat de ster geproduceerd heeft, dus ijzer.
Toch verdwijnt een groot deel van dat ijzer na de explosie in het heelal want de ijzerkorst is maar een kilometer of zo dik en dat is beduidend minder dan de grootte van de kern van de voormalige ster waar 'vlak voor' de explosie het ijzer geproduceerd werd.
Sterren die hun leven eindigen als een supernova zijn enkele tientallen keren tot zelfs 250 keer zwaarder dan de zon en ook hun diameter is evenredig groter dus hun kern ook.
 
Tevens is het zo dat de overgang van ijzerproductie naar lichtere elementen niet scherp begrenst is, dus als de implosie die voorafgaat aan de explosie tot staan wordt gebracht ontstaat er een enorme schokgolf die een groot deel van de materie het heelal in stoot want ooit had de volledige ster een massa van b.v. 30 maal de zon en een diameter van misschien 100 maal terwijl de overgebleven neutronenster maar 10 km groot is met een massa van b.v.  2 maal de zon.
 
Tevens draait na de explosie een neutronen ster vanwege het behoud van hoekmoment vele malen per seconde om zijn as waardoor materie wordt weggeslingerd en een naakte 'dode' kern overblijft. Dat maakt het soms erg moeilijk om neutronensterren te ontdekken tenzij een tweede ster in de buurt beïnvloed wordt door de neutronen ster en wij in staat zijn die effecten waar te nemen. Neutronensterren zijn een bron van röntgenstraling maar door het krachtige magnetische veld wat vaak aanwezig is wordt dit gebundeld en zien wij het niet altijd.

[Michel Uphoff]

wordt bij een supernova de volledige stermassa verspreid?

 
Dat hangt van het type supernova af. Wat hoofdlijnen:
 
Bij een type I supernova wordt vaak vrijwel de gehele ster, inclusief de kern de ruimte in geblazen. Zo'n supernova ontstaat bijvoorbeeld als een al zeer dichte witte dwergster (het restant van een kleinere ster als bijvoorbeeld de Zon) met zijn sterke gravitatie in korte tijd zeer veel materiaal op kan slorpen van een nabije compagnon ster. Ongeveer 50% van de sterren zijn dubbelsterren. De massa van de witte dwerg overschrijdt door deze vreetpartij op een bepaald moment de zogenoemde Chandrasekhar limiet (ongeveer 1,44 zonmassa's) en begint plotseling zuurstof en koolstof te fuseren waardoor de temperatuur enorm oploopt en er binnen seconden een run-away fusieproces kan ontstaan waarbij de opgewekte energie groot genoeg is om vrijwel de hele ster de ruimte in te blazen. Een andere mogelijkheid voor type I supernovae is de zeldzamer fusie van twee witte dwergen die tezamen genoemde limiet overschrijden.
 
Bij een type II supernova resteert een neutronenster (en als die zeer snel roteert is dat een pulsar), of als de restmassa meer dan 3 zonmassa's is, een zwart gat. Soms ontstaat er eerst een neutronenster, maar valt een flink deel van de uitgestoten schil weer terug, waardoor de massa zoveel toeneemt dat er alsnog een zwart gat ontstaat. Dit soort novae ontstaan als een zware ster (tussen 8 en 50 zonmassa's) aan zijn einde komt.
 
Extreem zware sterren (90 zonmassa's of meer) storten aan het einde van hun leven in -zonder ooit een supernova te vormen- tot een zwart gat.
 
Er zijn nog heel wat varianten en tussenvormen. Het proces is niet alleen afhankelijk van de oorspronkelijke massa of de snelheid waarmee gekannibaliseerd wordt, maar ook van de samenstelling van de ster (hoe meer zware elementen hoe minder 'doorzichtig' de ster is wat gevolgen heeft voor het uitwerpen van de schil. Ook de samenstelling van de kern is van belang, er zijn grote verschillen tussen een inerte ijzerkern en een zuurstofkern. Als deze laatste door een ineenstorting plots tot miljarden graden verhit wordt vindt er in seconden een verdere fusie plaats van de hele kern tegelijk, dat levert onbehoorlijk veel energie op en de ster wordt daardoor volledig uiteen geblazen. 
Maar ook de rotatiesnelheid kan van invloed zijn. Zo zijn er waarschijnlijk neutronensterren die zo zwaar zijn dat ze eigenlijk een zwart gat zouden moeten vormen, maar ze roteren zo snel (met relativistische snelheden) dat de enorme centrifugaalkrachten het onvermijdelijke einde nog een tijd uitstellen.
 
Een aantal varianten is nogal speculatief, er zijn nog veel openstaande vraagstukken.
 
Maar dit is de hoofdlijn: Er resteert op locatie niets, een neutronenster (waaronder de sub-typen pulsars en magnetars) of een zwart gat.

[Thionyl]

Blijft interessant en vele vragen zijn er nog. Deze bijv.  De kern van een nog net geen Nova-ster draait misschien iets sneller dan de buitenkant, maar een Neutronen ster roteert super snel. Mijn- voorzichtige?- conclusie is dan dat die laatste instorting niet homogeen kan zijn of de ontploffing is super plaatselijk. Of is daar een andere verklaring voor mogelijk. een ster is toch de meest ideale bolvorm die te bedenken is. 
 
Wel interessant dat toch alles lijkt te draaien rond dat IJzer. 

[Bladerunner]

Ik had het al over het behoud van het hoekmoment. Elke ster draait om zijn as en sommige sterren relatief snel. Als nu door de implosie de diameter van de kern en omliggende dichte materie in zeer korte tijd kleiner wordt stijgt de hoeksnelheid van de ster. Je kunt dit vergelijken met een ballerina die met de armen wijd een pirouette begint en ook steeds sneller gaat draaien naarmate de armen naar het lichaam bewegen.
De schokgolf die daar op volgt en die de materie wegstoot 'steelt' daarbij iets van dat hoekmoment maar laat uiteindelijk een snel draaiende neutronenster achter.
 
Kleine plaatselijke variaties in de samenstelling van de ster hebben omdat het hier om een fenomeen gaat (de implosie dus) dat astronomisch gezien in een oogwenk gebeurt weinig invloed op maar nadat de ster zijn materie dus uitstoot via de schokgolf (wat beduidend 'trager' gaat dan de implosie) zorgen voor de uiteindelijke vorm van de uitgestoten materie. En hoe die vorm kan zijn toont de krabnevel goed want dat is dus een supernova overblijfsel.
 
In de regel zijn de meeste sterren min of meer een bol maar sommige sterren zoals Altair draaien zo snel dat ze afgeplat zijn. En zelfs de zon is enigszins afgeplat al is het maar heel weinig (9 x 10^-6) dus een ster is geen perfecte bolvorm al scheelt het niet veel.

[Thionyl]

Ja ok, had de pirouette even vergeten, merci. 
 
Kun je ook duidelijk maken waarom dat magneetveld v/e Neutronen-ster in 2 bundels werkt. Het is toch geen staafmagneet. En, maar dat zal lastiger zijn, waardoor is dat veld zo extreem sterk.
Trouwens de sterkte v/d magneetvelden op de Zon alleen al, verbazen me echt en deze zijn waarschijnlijk nog veel sterker. Zou dat ooit te realiseren zijn in een Aards labo?  
 
Kon het magnetisme ooit verklaren met Atomic orbitals, maar dat is in de vergetelheid. Iets met spin ed. Maar geen elektronenspin dan waarschijnlijk. 

[Bladerunner]

Het magnetisch veld van de Aarde zorgt ervoor dat we het noorderlicht alleen in de 'directe omgeving' van de pool kunnen zien en dat magnetisch veld heeft wel degelijk iets weg van een staafmagneet. Het verschil in rotatie van de binnen en buitenkern is de bron van het aardmagnetisme maar in een ster werkt het ook zo. De kern draait inderdaad sneller dan de lagen er direct omheen.
Stel je nu eens voor dat door de implosie die kernlagen vele malen sneller gaan draaien dan begrijp je waarom het magnetisch veld van een neutronen ster (maar ook een witte dwerg wat het overblijfsel is van een lichtere ster) zo groot kan zijn. Net als dat het noorderlicht aan de polen het sterkst is, geldt dat ook voor de straling van een neutronenster met een sterk magnetisch veld.
 
En omdat de as rotatie niet perse het zelfde is als de gebundelde straling spreken we als we lichtpulsen zien (de bundel wijst dan toevallig even onze richting uit) van een pulsar die het zelfde effect heeft als een vuurtoren. (Toen we dit voor het eerst zagen dachten sommige aan een niet-natuurlijk signaal vanwege het consistente karakter van het verschijnsel)

[Thionyl]

Ja ok. Op de Polen is het magnetisch veld sterk geconcentreerd. Prima en duidelijk. Ik begrijp al niet hoe een dynamo effect bezig is in onze (meen 1200 km) vast IJzerkern + vloeibare mantel er om heen. Snap de werking v/e normale Dynamo redelijk, maar dit dus niet zo.  Maar ja het handelt ook over extreme dichtheden en temperaturen, die je niet effe op de keuken tafel na doet.
 
Maar in zo'n Neutronen ster? Nog vele malen dichter en heter? Veronderstel jij dan daar een vloeibare mantel in een Neutronen ster?? Zal wel iets totaal anders zijn. IJzer, ja overal om me heen en dan zo'n invloed op het universum. Rust roest.

[Michel Uphoff]

Phil Plait heeft een aardig filmpje over dit onderwerp gemaakt, op zijn karakteristieke über-enthousiaste wijze gepresenteerd:
 

 
Zie ook dit bericht.

[Bladerunner]

Ondanks de hoge dichtheid is een neutronenster niet homogeen en kan er wel degelijk wrijving ontstaan tussen het binnenste en de buitenste laag. Vergeet niet dat sommige neutronensterren meer dan 100 keer per seconde ronddraaien. De snelste tot nu toe gevonden zelfs iets meer 700 keer. Dat levert op de equator een snelheid op van 70.000 km/sec en bij die snelheid beweegt zelfs het inwendige van een neutronen ster.
 
Een neutronenster die pas gevormd is, is extreem heet (vele miljarden graden) maar omdat er heel veel neutrino's worden uitgestraald koelt de ster vrij snel af en is hij na een paar jaar nog 'maar' enkele miljoenen graden.

[Thionyl]

Prachtig filmpje, Michel. Maar wat een getallen en hij vertelt het ook met The speed of light . Andere klik ook even bekeken, maar moet het allemaal nog eens overdoen, want het is veel info. Het vervolgfilmpje over zwarte gaten komt wel later.  
 
Toch nog een vraagje; Het lijkt? wel alsof het magnetisch veld v/e Neutronster niet gesloten is. Of is dat gezichtsbedrog, En monopolen zullen het wel niet zijn. Hoewel zo langzaam me niets meer vreemd is in dat sub..sub..atoom gebeuren.
 
O ja, en zijn die Magnetopulsars dan de veroorzakers van die Röntgen-outbursts? Lijkt er op, maar was/is me nog niet geheel duidelijk. Zijn echte levens-killers, lijkt me. Maar ok, leef nog sinds 2004.
 
En Bladerunner, kan het me niet voorstellen, zo'n "kogellager" in een Neutronster. Er komt een moment, van zal wel.
 
Echter mijn eerdere vraag hoe die sterke magneetvelden ontstaan, wordt wat genegeerd. Is dat nog gewoon onbekend?  Een 10-12 Tesla magneet is al super, maar hier kun je er een factor tig aan toevoegen.
 
Terzijde, las laatst dat onze Philips altijd een koploper is geweest in magnetische zaken. De Neodynium magneet schijnt een gelukkig gokje geweest te zijn met 3- componenten, bij een andere firma. Bijna net zoals die Ba,Cu enz supergeleider.
Daar valt dus nog heeeeeeeel veel te ontdekken. Mooi vakgebied heb je B. als je daar je brood mee kan verdienen.

[Bladerunner]

Ik dacht dat ik al had uitgelegd dat als er al een magnetisch veld in de ster zit dat net als bij de Aarde volgens het dynamo principe wordt opgewekt dit veld ook aanwezig is in de resulterende neutronen ster. Het veld is dan zeer sterk vanwege de hogere rotatie en grote verschillen in dichtheid waardoor er een sterk dynamo effect optreed. (Er is overigens ook een hypothese die stelt dat het veld van een neutronenster een 'bevroren' magnetisch veld is van de voormalige ster maar dat zou dan veel zwakker moeten zijn)
Een neutronenster bestaat voor ongeveer 80% uit neutronen, de rest zijn protonen en elektronen. Als een neutronenster echt alleen uit neutronen bestond was er geen magneetveld aangezien neutronen geen elektrische lading hebben. Dus de kern van een neutronenster loopt tot ongeveer 20% van het oppervlak en de rest is een korst met een beduidend lagere (maar nog steeds erg hoge) dichtheid en mogelijk vanwege de hitte een vloeibaar karakter.
 
Als door zeer grote druk een elektron tegen een proton komt te zitten veranderen deze twee deeltjes in één neutron. Deze z.g.n. gedegenereerde materie is vele malen dichter dan wanneer er nog sprake is van losse protonen en elektronen. Door dit grote verschil in dichtheid zal net als bij een ster met minder extreme omstandigheden de rotatie in het inwendige niet overal het zelfde zijn waardoor er een dynamo effect kan ontstaan vooral ook omdat de korst voor het grootste deel uit ijzer bestaat.
 
De kracht van zo'n magneetveld loopt in de orde van 10¹² Gauss. Ter vergelijking: dat van de zon is slechts 50.

[Michel Uphoff]

Echter mijn eerdere vraag hoe die sterke magneetvelden ontstaan, wordt wat genegeerd. Is dat nog gewoon onbekend?

 
De geleerden zijn er beslist nog niet helemaal uit, maar de volgende twee oorzaken worden algemeen als belangrijk beschouwd:
 
1: De moederster heeft een magnetisch veld. Behoudswetten schrijven voor dat dit veld tijdens de razendsnelle ineenstorting tot een neutronenster niet zomaar kan verdwijnen. Als je kijkt naar de magnetische veldsterkte per oppervlakte-eenheid, dan moet die na ineenstorting van de ster enorm veel hoger worden. Het oppervlak van een neutronenster van 20 km diameter is vergeleken met een ster met een diameter van zeg eens 2 miljoen kilometer 10 miljard keer kleiner. De veldsterkte neemt dus per oppervlakte-eenheid enorm toe. Toch is zelfs dit enorm sterke veld volgens deze 'fossil field' hypothese lang niet voldoende om een magnetar te verklaren.
2: Ondanks de naam neutronenster bevat deze ook protonen en elektronen, voornamelijk bij het oppervlak, maar mogelijk ook dicht bij de kern (zie de eerdere link). Als je die met enorme snelheden en snelheidsverschillen laat roteren wek je gigantische stroomsterktes en daarmee magneetvelden op.
 
Overigens is het dan nog erg lastig om de fenomenale magnetische veldsterkte van een magnetar te verklaren.
Probleem is dat dit soort exotisch sterke velden hier op Aarde bij lange na niet geproduceerd kunnen worden in laboratoria, en we het dus moeten doen met theoretische beschouwingen.
 
@Bladerunner: Het lijkt wel simultaanspringen

[Thionyl]

Maar B leg dat dynamo effect dan eens uit svp. Een Fe/Ni kogel van ca 1200 km diam. (Aarde) draait in een vloeibare massa, de buiten kern. OK. Daarbij nog eens ca 6000 K. Hoe wekt dat magnetisme op? Voor mij is het dynamo-effect een spoel van Cu-draad en een magneet (remanent of niet) er in of aan de buitenkant, die rond draait. Zie dat principe niet terug in een vloeibare mantel met Fe/Ni-kern, sorry. En wat voor soort magnetisme is het dan? Curie-temp. ken ik ook. 

[Bladerunner]

Lees dit even.
Er wordt vaak over 'dynamo' gesproken als analoog maar het werkt toch net even anders.

[Thionyl]

Ok, verklaart iets. Dank voor de moeite. Kom ik dus weer terug op mijn eerst TS bericht.
Heeft ook magnetisme iets te maken met de vorming v/d Aardkern.
 
Die sleutelrol van IJzer in alles, is toch wel frappant.  
 
Jammer dat ze laatst die Fe-meteoriet niet nader konden onderzoeken.