Big Bang HTL 4, Schulbuch

164 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) Sowie in einem Gebiet die ersten massenreichen Sterne entstehen, heizen sie durch ihre UV-Strahlung die Gaswolke auf. Diese beginnt zu leuchten, wie das in den Abb. 18.2 und 18.3 eindrucksvoll zu sehen ist. Außerdem drückt die Strahlung das Gas in der Umgebung weg, so dass die darin enthaltenen jungen Sterne frei werden (Abb. 18.4). Abb. 18.4: Durch die Strahlung von jungen, massenreichen Sternen wird die Gaswolke weggeweht. Dadurch entstehen säulenartige Strukturen wie in Abb. 18.1. Gasbälle im All Unter welchen Bedingungen ballen sich Gase zu Sternen zusammen? Damit das geschieht, muss die Geschwindigkeit der Moleküle, die diese auf Grund ihrer Temperatur besit- zen, kleiner sein als die Fluchtgeschwindigkeit v F = √ _______ (2 GM )/ r ( G = 6,67· 10 –11 m 3 kg –1 s –2 ). Dann „gewinnt“ die Gravitation. Gasmoleküle haben die mittlere kinetische Energie 3 kT /2 (Kap. 8; k = 1,4 · 10 –23 J/K). Es muss also gelten: 3 __ 2 kT = mv 2 ___ 2 < mv F 2 ___ 2 = GmM _____ r und daher M > 3 rkT ____ 2Gm M ist die Masse der gesamten Wolke und m die Masse eines Gasmoleküls. Wir wollen nun den Radius aus der Gleichung herausbekommen. Diesen kann man über Masse und Dichte ausdrücken. Wir nehmen dazu vereinfacht eine kugelförmige Wolke an: M = ρ · V = ρ 4 r 3 π ____ 3 ⇒ r = 3 √ ___ 3 M ___ 4 π ρ Setzt man oben ein, erhält man die Mindestmasse, damit sich eine Gaswolke zusammenballt. Man nennt sie nach dem englischen Physiker J AMES J EANS die Jeans-Masse: M > ( 3 KT ____ 2 Gm ) 3 3 ____ 4 π ρ Interstellare Materie hat eine typische Dichte von 10 –21 kg/m 3 und eine Temperatur von 100 K. Ein Wasserstoffmolekül (H 2 ) hat rund doppelte Protonenmasse, also 3,3 · 10 –27 kg. Die Gaswolke muss somit eine Mindestmasse von 1,4 · 10 34 kg oder rund 7000 Sonnenmassen besitzen! Der Radius der Gaswolke liegt dann bei 1,5 · 10 18 m oder rund 160 Licht- jahren!!! Astronomische Ausmaße! i Aber nur ab einer bestimmten Mindestmasse zündet die Kernfusion. Diese Massenuntergrenze liegt bei 0,07 Sonnen- massen bzw. 75 Jupitermassen. Wäre der Jupiter größer aus- gefallen, so hätte auch in ihm die Kernfusion gezündet, und es wäre ein Doppelsternsystem entstanden ( F2 und F3 ). Es gibt aber auch eine Massenobergrenze. Ist ein Stern zu schwer, dann produziert er einen starken Stern- wind, einen ständigen Strom geladener Teilchen. Dadurch wird die Hülle weggeweht. Die schwersten Sterne in der Hauptreihe (siehe Abb. 18.6) haben 120 Sonnenmassen. Noch größere können wahrscheinlich nur durch Stern- kollision entstehen. Der schwerste bekannte Stern hat rund 265 Sonnenmassen (Stand 2018). Info: CLIL – Solar system Zusammenfassung Auch heute noch werden Sterne geboren. Sie entstehen durch Zusammenballung jener interstellaren Materie, die sich im gesamten Weltall befindet. Auch die Sonne ist auf diese Weise entstanden. CLIL – Solar system Our solar system probably originated 4.6 billion years ago from a rotating cloud of intra-stellar matter . As a result of the contraction, the rotational speed increased, whereby the cloud flattened into a disc. The sun was formed in its center. In the outer part of the disk the planets were gradually formed by matter clumping together (Fig. 18.5). This explains why the orbits of the planets lie in a plane and all of them orbits the sun in the same direction ( F4 ). Fig. 18.5: The young sun and the planets that are just forming. In the vicinity of the sun are small rocky planets, large gas planes outside. Why? The solar wind is stronger in the vicinity of the sun. The gases were thus practically blown away from the inner planets. The outer ones were so far from the sun that they could bind the gases. The planets Jupiter to Neptune therefore consist practically only of hydrogen and helium. i Z Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv