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Sternkollision



Unter einer Sternkollision versteht man in der Astronomie eine nahe Begegnung zweier Sterne in derart geringem Abstand, dass sie irreversible Strukturveränderungen erleiden. Man nimmt an, dass solche spektakulären Ereignisse vor allem die Entwicklungsgeschichte von Kugelsternhaufen geprägt haben.

Table of contents
1 Häufigkeit von Sternkollisionen
2 Typen von Sternkollisionen
3 Indizien für Sternkollisionen in Kugelsternhaufen
4 Weblinks
5 Literatur

Häufigkeit von Sternkollisionen

Sternkollisionen sind aufgrund der großen Abstände zwischen Sternen im Vergleich zu ihrem Durchmesser extrem seltene Ereignisse. So schätzte der Astronom James Jeans bereits Anfang des 20. Jahrhunderts ab, dass von den 100 Milliarden Sternen der Milchstrasse in den über 10 Milliarden Jahren ihres Bestehens kaum ein einziger eine Kollision erlitten haben dürfte.

In Kugelsternhaufen ist die mittlere Sterndichte mit einigen hundert Sternen pro Kubiklichtjahr deutlich höher als in der restlichen Milchstrasse. Sie beträgt in der Sonnenumgebung lediglich etwa 0,01 Sterne pro Kubiklichtjahr. Damit ergibt sich eine erheblich größere Wahrscheinlichkeit für Sternkollisionen. Man schätzt, dass etwa 50 % aller Sterne eines Kugelsternhaufens in der Vergangenheit eine Kollision erlitten habe. In allen etwa 150 Kugelsternhaufen, die sich in einer sphärischen Umgebung um die Milchstrasse befinden, würde sich damit etwa alle 10.000 Jahre eine Sternkollision ereignen, und im gesamten Kosmos findet ungefähr jede Sekunde eine derartige Sternenkollision statt.

Bei der Abschätzung der Anzahl von Zusammenstößen müssen nicht nur mittlere Sternabstände und -durchmesser berücksichtigt werden sondern auch die gravitative Anziehung der Sterne. Im Vergleich zu rein ballistischen Bahnen vergrößert sich dadurch die Wahrscheinlichkeit für eine Kollision bei den in Kugelsternhaufen vergleichsweise geringen Geschwindigkeiten von 10 bis 20 km/s um einen Faktor 100. Dieser Effekt wird gravitative Fokussierung genannt. Irreversible Änderungen drohen spätestens dann, wenn beim minimalen Abstand der Sterne mindestens einer von ihnen in der entsprechenden statischen Situation die Roche-Grenze überschreiten würde.

Typen von Sternkollisionen

Aus der großen Anzahl der verschiedenen Sternklassen und der daraus folgenden Kombinationsmöglichkeiten bei einer Kollision ergeben sich eine Fülle von verschiedenen Kollisionstypen. Der Ablauf der Kollision hängt zusätzlich von der Relativgeschwindigkeit und dem Stoßparameter ab, der beschreibt, ob der Stoß zentral oder nur streifend ist. Letzteres ist weitaus häufiger. Im folgenden seien einige typische Beispiele von streifenden Kollisionen näher beschrieben, wie sie sich als Ergebnisse von Computersimulationen darstellen. Da für die Kollisionen allerdings auch der innere Aufbau der beteiligten Sterne sowie deren Veränderungen berücksichtigt werden müssen, werden wegen des damit verbundenen hohen Rechenaufwandes starke Vereinfachungen verwendet, die Ergebnisse sind deshalb noch ziemlich unsicher.

Kollision eines Hauptreihensternes mit einem weißen Zwerg

Ein typischer weißer Zwerg hat etwa einen Durchmesser von nur 10.000 km aber ungefähr die gleiche Masse wie die Sonne. Bei einer streifenden Kollision fliegt daher der weiße Zwerg dank seiner enormen Dichte weitgehend unbeschadet durch den Hauptreihenstern hindurch und verlässt ihn anschließend wieder. Durch die Gravitation steigt dabei die Relativgeschwindigkeit der Kollisionspartner auf über 500 km/s, so dass die eigentlich Kollision nur etwa eine Stunde dauert.

Das Schicksal des Hauptreihensternes hängt von den Umständen ab und ist noch nicht abschließend erforscht. Bei hinreichend hoher Kollisionsgeschwindigkeit könnte durch die Stoßwelle im Hauptreihenstern auch außerhalb des Kernes eine Kernfusion zünden. Die in diesem Fall freigesetzte Energie entspräche der, die der Hauptreihenstern gewöhnlich in 100 Millionen Jahren umsetzt. Die umgesetzte Leistung während der Kollision läge dabei im Bereich derjenigen, die eine Supernova in den Tagen nach ihrem Ausbruchs abstrahlt. Der Hauptreihenstern würde völlig zerrissen und sich in einer Gaswolke auflösen. Würde die Sonne ein derartiges Schicksal ereilen, so würden auf der Erde die Ozeane verdampfen und sich zusammen mit der Atmosphäre in den Weltraum verflüchtigen.

Kollision eines roten Riesen mit einem weißen Zwerg

Im Fall eines roten Riesen anstelle eines Hautreihensternes dauert die Kollision etwa einen Monat. Bei streifender Kollision, dem weitaus häufigsten Fall, bleibt der Kern des roten Riesen jedoch erhalten und bildet nach dem Verlust eines großen Teil seiner Gashülle einen zweiten weißen Zwerg.

Kollision zweier Hauptreihensterne

Das Szenario einer Kollision zweier Hauptreihensterne hängt stark von den Anfangsbedingungen der Bahnen und Parametern des Sternaufbaus ab. Die beiden Sterne können als zwei Einzelsterne überleben, sie können aber auch zu einem einzigen Stern verschmelzen. Bei hinreichend hoher Kollisionsgeschwindigkeit können sich sogar auch beide Sterne vollständig auflösen. Unter bestimmten Umständen ist auch ein so genannter Gezeiteneinfang möglich.

Gezeiteneinfang

Es sind Passagen möglich, die primär ohne direkten materiellen Kontakt der Partner ablaufen, bei denen aber durch Gezeitenkräfte erhebliche Deformationen eines oder beider Sterne stattfinden. Ist der damit verbundene Energieverlust groß genug, so reicht die verminderte Bahngeschwindigkeit anschließend nicht mehr für eine Trennung der beiden Partner aus. Sie umkreisen sich auf einer engen Umlaufbahn und eine Kollision ist dann aufgrund fortgesetzter Deformationen nur noch eine Frage der Zeit.

Indizien für Sternkollisionen in Kugelsternhaufen

Obwohl bisher noch keine einzige Sternkollision direkt beobachtet werden konnte, deuten astronomischen Beobachtungen von Kugelsternhaufen darauf hin, dass die Geschichte dieser Haufen von Kollisionsereignissen stark geprägt ist. Folgende Indizien dafür liegen vor:

Weblinks

Literatur




     
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