Elektronenentartung

Wenn ein Stern wie unsere Sonne seinen Brennstoff aufgebraucht hat, kollabiert sein Kern, bis ihn etwas auffängt. Bei einem Weißen Zwerg ist dieses Etwas kein Wärmedruck aus der Fusion mehr, sondern ein rein quantenmechanischer Effekt. Elektronen sind Fermionen, und nach dem Pauli-Prinzip dürfen keine zwei von ihnen denselben Quantenzustand besetzen. Presst man sie immer enger zusammen, müssen sie auf immer höhere Energiezustände ausweichen und bewegen sich dadurch sehr schnell. Dieser Bewegungsdruck hängt nicht von der Temperatur ab, sondern allein von der Dichte. Man nennt ihn Entartungsdruck, und er kann ein Sterngewicht von der Größe der Erde tragen, obwohl der zugrundeliegende Körper die Masse einer Sonne hat.

Genau dieser Druck stabilisiert Weiße Zwerge, die Endstadien mittelschwerer Sterne. Ein Teelöffel ihres Materials wiegt mehrere Tonnen. Doch der Entartungsdruck hat eine Grenze. Der indische Astrophysiker Subrahmanyan Chandrasekhar zeigte als junger Mann, dass die Elektronen bei steigender Masse so schnell werden, dass sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern. Sobald sie relativistisch werden, wächst ihr Druck langsamer als die Schwerkraft, und ab einer kritischen Masse von rund 1,44 Sonnenmassen reicht er nicht mehr aus. Dieser Wert ist die Chandrasekhar-Grenze. Überschreitet ein Weißer Zwerg sie, etwa indem er Materie von einem Begleitstern aufsaugt, kollabiert er und zündet als thermonukleare Supernova vom Typ Ia.

Für die Wissenschaft sind diese Supernovae unverzichtbar, weil sie alle ungefähr gleich hell aufleuchten und sich deshalb als kosmische Entfernungsmaße eignen. Mit ihnen wurde die beschleunigte Ausdehnung des Universums entdeckt. Hier schließt sich der Kreis von der Quantenmechanik einzelner Elektronen bis zur Struktur des gesamten Kosmos.

In der Science-Fiction taucht Elektronenentartung überall dort auf, wo es um exotische Materie und um sterbende Sterne geht. Romane über Bergbau auf Weißen Zwergen, über Antriebe aus entarteter Materie oder über Zivilisationen, die das Supernova-Schicksal eines Doppelsternsystems abwenden wollen, greifen das Konzept auf. Auch die noch dichteren Neutronensterne folgen einem verwandten Prinzip, dort tragen Neutronen statt Elektronen die Last. Wer harte SF schreibt und einen Weißen Zwerg ins Spiel bringt, kommt an der Elektronenentartung nicht vorbei, denn sie erklärt, warum diese Objekte überhaupt existieren und warum manche von ihnen mit voller Wucht explodieren. Gerade die scharfe Schwelle bei 1,44 Sonnenmassen reizt Erzähler, weil ein Stern hier von völliger Stabilität in Sekunden zur Katastrophe kippen kann.