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VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

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VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von Frank » 25. Nov 2018, 21:20

VFTS 102 ist ein Stern im Tarantelnebel in der Großen Magellanschen Wolke. Der Stern gilt als der am schnellsten rotierende Stern. Seine Winkelgeschwindigkeit wird mit etwa 600 km/s angeben. Anders ausgedrückt, seine Geschwindigkeit am Äquator beträgt 2 Millionen km/h. Damit ist diese Rotationsgeschwindigkeit nahe an der höchstmöglichen Rotationsgeschwindigkeit für diesen Stern. Größere Rotationsgeschwindigkeiten könnten den Stern auseinander reißen, weil Zentripetal- und Zentrifugalkräfte nicht mehr im Gleichgewicht wären. Die Masse des Gestirns beträgt 25 M☉. Als mögliche Erklärung für die Entstehung des Sterns wird angenommen, dass der Stern in einem Doppelsternsystem von seinem zweiten Begleiter Materie erhalten hat. Als der zweite Begleiter in einer Supernova explodierte, wurde VFTS 102 herausgeschleudert. Man fand etwa 12 Parsec entfernt den relativ jungen Pulsar PSR J0537-6910, welcher die Überreste des zweiten Begleiters sein könnten.
https://de.wikipedia.org/wiki/VFTS_102


Was heisst größtmöglich Rotation für diesen Stern? Kann es sein das andere Sterne noch schneller rotieren? :shock:
Müsste der Stern im Grunde nicht flach wie eine Scheibe sein?
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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von tomS » 25. Nov 2018, 22:41

Betrachten wir einen kugelförmigen Stern - was eine Idealisierung darstellt, aber nur so können wir das einfach berechnen.

Eine an seinem Äquator rotierende Masse m erfährt eine Zentrifugalkraft mω²R. Sie unterliegt außerdem der Gravitationskraft GmM/R². Wenn letztere kleiner als die Zentrifugalkraft ist, dann verliert der Stern zumindest seine oberste Schicht. D.h. Stabilität gilt nur für GM/R² > ω²R = v²/R und damit GM/R > (ωR)² = v².

Tatsächlich führt die durch Rotation verursachte Abplattung zu einer Modifikation des Gravitationsfeldes.
Gruß
Tom

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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von seeker » 26. Nov 2018, 08:34

Das wird etwas sein wie die Roche-Grenze.

Sagt einmal... aber dieser Wiki-Artikel ist nicht sehr gut... ?
Seine Winkelgeschwindigkeit wird mit etwa 600 km/s angeben.
https://de.wikipedia.org/wiki/VFTS_102

Das muss doch Bahngeschwindigkeit heißen? Die Einheit der Winkelgeschwindigkeit ist Winkeländerung/Sekunde (rad/s) und nicht km/s, nicht?

Und:
Größere Rotationsgeschwindigkeiten könnten den Stern auseinander reißen, weil Zentripetal- und Zentrifugalkräfte nicht mehr im Gleichgewicht wären.
https://de.wikipedia.org/wiki/VFTS_102

Was soll'n das heißen? Das stimmt doch auch nicht oder ist zumindest sehr unglücklich formuliert?
Stattdessen ist es so:
tomS hat geschrieben:
25. Nov 2018, 22:41
Eine an seinem Äquator rotierende Masse m erfährt eine Zentrifugalkraft mω²R. Sie unterliegt außerdem der Gravitationskraft GmM/R². Wenn letztere kleiner als die Zentrifugalkraft ist, dann verliert der Stern zumindest seine oberste Schicht. D.h. Stabilität gilt nur für GM/R² > ω²R = v²/R und damit GM/R > (ωR)² = v².
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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von Frank » 26. Nov 2018, 09:38

Euch ist aber klar, dass das Teil 25 Sonnemassen hat?
Der Einfachheit halber halte ich mich in ca. Zahlen auf.

Die Erde hat einen Umfang von ca. 40.000 Km. Damit rotiert sie in ca 24 Stunden um die eigene Achse und hat somit eine Drehgeschwindigkeit von 1667 Km/h(was ja immerhin schneller als der Schall ist. ), oder ca. 0,46 Km /s ist.

Die Sonne mit bekanntlich einer Sonnenmasse hat einen Umfang von ca. 4.396.000 Km. Wobei auch hier der Einfachheit von einer Kugel ausgegangen werden sollte, was natürlich in der Natur nicht zutrifft.

Die Sonne benötigt am Äquator ca 25 Tage für eine Eigendrehung.
Also 175.840 Km am Tag, 7326 Km/h, 1221 Km/min und last but not least 20,35 Km/s(alles ca.)

Das ist zwar bedeutend schneller als die Erde(ca 40x), aber 600 Km/s sind da doch eine ganz andere Hausnummer. ;j

Zum Vergleich nehmen wir mal V509 Cassiopeiae.

https://de.wikipedia.org/wiki/V509_Cassiopeiae

Sie ist ein gelber Riesenstern und soll 25 Sonnenmassen haben.(Ich habe bewusst keinen roten Überriesen, also keine sterbenden Sterne gewählt)

Er hat einen Radius von 910 x Sonne, also einen Durchmesser 637.000.000 Km. Das ergibt einen Umfang von ca 2.000.180.000 Kilometer.
Bei der selben Eingendrehung wie VFTS 102 bräuchte dieser Gigant nur 41, 67 Tage für eine Eigendrehung. Unsere Sonne braucht schon 25 Tage für einen Umfang, der im Vergleich nur ein Bruchteil ist.

Natürlich kommt es auf die innere Zusammensetzung des Sterns an, aber was für ein Magnetfeld hat so ein Monster?

Kann man das eigentlich berechnen? Bei der Sonne hat man es ja, aber da stehen wahrscheinlich auch viel mehr Parameter zur Verfügung. Aufgrund der Nähe kann man es ja bestimmt auch direkt messen.
Mit freundlichen Grüßen

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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von tomS » 26. Nov 2018, 15:04

@ seeker: nein, das hat mit der Roche-Grenze nichts zu tun: https://de.wikipedia.org/wiki/Roche-Grenze

Die Roche-Grenze ist ein Kriterium zur Beurteilung der inneren Stabilität, also des Zusammenhalts eines Himmelskörpers, der einen anderen umkreist. Dabei werden die Gravitationskräfte, die den Himmelskörper innerlich zusammenhalten, mit den Gezeitenkräften verglichen, die ihn auseinanderziehen.

Ja, die Textstellen aus der Wikipedia deuten darauf hin, dass das nicht wirklich taugt.
Gruß
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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von tomS » 26. Nov 2018, 15:38

@Frank:

Die Stabilitätsbedingung lautet GM/R > v².

Ich habe bisher für VFTS 102 noch keine Daten zu seinem Radius o.ä. gefunden; ohne diese Angaben kann man das jedoch nicht abschätzen. Masse und Rotationsgeschwindigkeit alleine reichen nicht aus.

Evtl. setzen die Astronomen eine Masse-Radius-Beziehung an; ob dies zutrifft oder nicht kann ich nicht sagen.
Gruß
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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von Frank » 26. Nov 2018, 16:58

tomS hat geschrieben:
26. Nov 2018, 15:38
@Frank:

Die Stabilitätsbedingung lautet GM/R > v².

Ich habe bisher für VFTS 102 noch keine Daten zu seinem Radius o.ä. gefunden; ohne diese Angaben kann man das jedoch nicht abschätzen. Masse und Rotationsgeschwindigkeit alleine reichen nicht aus.

Evtl. setzen die Astronomen eine Masse-Radius-Beziehung an; ob dies zutrifft oder nicht kann ich nicht sagen.
Des Wegen habe ich den Beispielstern V509 Cassiopeiae mit ebenso 25 Sonnenmassen ..... zum Vergleich genommen.
Mit freundlichen Grüßen

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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von tomS » 26. Nov 2018, 17:44

Setzt man die Daten von V509 Cassiopeiae an, dann folgt aus GM/R überschlagsweise eine Grenzgeschwindigkeit von 7·10⁴ m/s, jedoch ca. 6·10⁵ für VFTS 102; demnach wäre letzterer bereits jenseits der Stabilität (meine Abschätzung bitte mal prüfen)

Allerdings ist der Ansatz einer exakt kugelförmigen Massenverteilung sicher nicht zutreffend, die Korrekturen folgen aus einer Mutipolentwicklung, die ich jedoch nicht mal so nebenher durchführen kann. Jedenfalls führt die Deformation zu Korrekturtermen, die die Grenze der Stabilität eher hinausschieben sollten.

Evtl. findet sich hier etwas:

https://arxiv.org/pdf/1111.0157v2.pdf

Außerdem stoße ich teilweise auf Angaben von Radius (VFTS 102) = 8 · Sonnenradius - nicht 910 · Sonnenradius (jedoch noch ohne gesicherte Quelle). Das führt dann auf eine Grenzgeschwindigkeit im Bereich von 7·10⁵, was gut passt. Allerdings ist die Bestimmung des Radius sicher recht fehleranfällig, da sie aus der Masse - Radius - Leuchtkraftbeziehung abgeschätzt und nicht gemessen werden kann.

Insgs. sind wir jedoch in einem extremen Bereich, in dem der Stern ggf. die äußeren Schichten verliert oder verloren hat.
Gruß
Tom

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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von Frank » 27. Nov 2018, 10:42

tomS hat geschrieben:
26. Nov 2018, 17:44


Außerdem stoße ich teilweise auf Angaben von Radius (VFTS 102) = 8 · Sonnenradius - nicht 910 · Sonnenradius (jedoch noch ohne gesicherte Quelle). Das führt dann auf eine Grenzgeschwindigkeit im Bereich von 7·10⁵, was gut passt. Allerdings ist die Bestimmung des Radius sicher recht fehleranfällig, da sie aus der Masse - Radius - Leuchtkraftbeziehung abgeschätzt und nicht gemessen werden kann.
Das ist schon richtig, aber ein Stern mit 8 Sonnenradien, aber mit 25 Sonnenmassen? Was soll das sein?
Für einen Neutronenstern(Wegen der Eigendrehung) ist er viel zu groß.
Für einen Roten (Über)Riesen mit er Masse ist er dann wieder zu klein.

tomS hat geschrieben:
26. Nov 2018, 17:44
Insgs. sind wir jedoch in einem extremen Bereich, in dem der Stern ggf. die äußeren Schichten verliert oder verloren hat.
Da käme eigentlich nur ein Wolf-Rayet-Stern in Frage.

https://de.wikipedia.org/wiki/Wolf-Rayet-Stern

Das Problem mit der superschnellen Rotation bleibt aber..... :?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von tomS » 27. Nov 2018, 12:29

Frank hat geschrieben:
27. Nov 2018, 10:42
tomS hat geschrieben:
26. Nov 2018, 17:44
Außerdem stoße ich teilweise auf Angaben von Radius (VFTS 102) = 8 · Sonnenradius - nicht 910 · Sonnenradius.
Das ist schon richtig, aber ein Stern mit 8 Sonnenradien, aber mit 25 Sonnenmassen? Was soll das sein?
Hier steht Spektralklasse O9: https://en.m.wikipedia.org/wiki/VFTS_102
Hier findest du eine Übersicht https://en.m.wikipedia.org/wiki/Stellar_classification , O-Typ mit > 16 Sonnenmassen und > 6.6 Sonnenradien
Hier findest du den O-Typ im Detail: https://en.m.wikipedia.org/wiki/O-type_star , https://en.m.wikipedia.org/wiki/O-type_ ... uence_star

Was stört dich an 8 Sonnenradien und 25 Sonnenmassen?
Frank hat geschrieben:
27. Nov 2018, 10:42
Für einen Neutronenstern(Wegen der Eigendrehung) ist er viel zu groß.
Für einen Roten (Über)Riesen mit er Masse ist er dann wieder zu klein.
Es handelt sich um einen blauen Haupreihenstern bzw. einen blauen Riesen. So genau kann man da wohl nicht trennen.
Frank hat geschrieben:
27. Nov 2018, 10:42
tomS hat geschrieben:
26. Nov 2018, 17:44
Insgs. sind wir jedoch in einem extremen Bereich, in dem der Stern ggf. die äußeren Schichten verliert oder verloren hat.
Da käme eigentlich nur ein Wolf-Rayet-Stern in Frage

Das Problem mit der superschnellen Rotation bleibt aber.
Nein, ein Wolf-Rayet-Stern ist das nicht. Ich meinte ja, dass er einen Teil seiner Masse gerade durch die Rotation verloren hat.
Frank hat geschrieben:
26. Nov 2018, 16:58
... habe ich den Beispielstern V509 Cassiopeiae mit ebenso 25 Sonnenmassen ..... zum Vergleich genommen.
V509 Cassiopeiae ist ein gelber Überriese, hat also deutlich abweichende Eigenschaften wie z.B. einen deutlich größeren Radius.

VFTS 102 ist bis auf die Rotation wohl eher normal :-)


Ich habe mal im Astroforum nachgefragt: auf der Wkipediaseite sind noch die Wert für die Oberflächengravitation g sowie die effektive Temperatur T angegeben; die Kollegen haben das freundlicherweise überschlagen:

aus M und g: R = 13.1 ± 7.7 · Sonnenradius
aus L und T: R = 8.1 ± 2.9 · Sonnenradius

Passt also.

Der Faktor 13.1/8.1 geht nur mit der Quadratwurzel ein, d.h. wir reden nur über einen Faktor von 1.3
Gruß
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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von seeker » 27. Nov 2018, 13:22

Interessant finde ich die Frage, woher so ein Stern einen so hohen Drehimpuls herbekommen kann?

Berücksichtigen sollten wir noch das Phänomen der differentiellen Rotation von Sternen, d.h. dass sie weiter innen gewöhnlich (aber vielleicht nicht immer?) noch schneller rotieren als an ihrer Oberfläche. Das wird zwar direkt keinen Einfluss darauf haben, ob die Oberfläche wegen zu hoher Fliehkraft abhebt, aber einen Einfluss auf die Dynamik und die Struktur des Sterns hat das schon, z.B. sollte die Durchmischung der äußeren Bereiche mit tieferliegenden Bereichen davon beeinflusst werden (-> wenn Materie an der Oberfläche 'abhebt', welche ist das dann und wo kommt sie her?).

Und in dem Zusammenhang sollte man auch die Magnetfelder des Sterns nicht ganz vergessen: Wir haben mit dem Magnetismus eine weitere Kraft, die neben dem Gravfeld und der Rotation Auswirkungen darauf haben kann, ob und wie viel/schnell Materie verloren geht oder nicht, wie schnell der Stern im Oberflächenbereich rotieren darf und auch tatsächlich rotiert.
Die Materie des Sternplasmas koppelt an das Magnetfeld:
Die hohe elektrische Leitfähigkeit des Plasmas im Sonneninnern – sie entspricht der von Kupfer bei Zimmertemperatur – bedingt eine starke Kopplung von Magnetfeld und Materie, siehe Magnetohydrodynamik. Bei hoher Dichte führt das Material das Magnetfeld, bei geringer Dichte ist es umgekehrt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Sonne#Rot ... nenflecken

Allgemein würde ich die max. mögliche Rotationsgeschwindigkeit eines Sterns als ein interessantes Grenzkriterium für seine Stabilität verstehen.
Es gibt weitere solche Grenzkriterien: Masse, Dichte, Temperatur, Druck, äußere Gravfelder/Gezeitenkräfte von anderen nahen Objekten, ...
Grüße
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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von tomS » 27. Nov 2018, 13:39

https://en.m.wikipedia.org/wiki/VFTS_102 hat geschrieben:In 2007, together with a few collaborators, [Matteo Cantiello] predicted the existence of massive stars with properties very similar to VFTS 102. In its theoretical model, the extreme rotational speed is caused by the transfer of material from a companion star in a binary system. After this "cosmic dance", the donor star is predicted to explode as a supernova. The spun-up companion instead is likely to be launched out of the orbit and move away from its stellar neighbors at high speed. Such a star is called a runaway. VFTS 102 fits this theoretical model very well, being found to be a rapidly rotating runaway star and lying close to a pulsar and a supernova remnant. Other scenarios, like a dynamical ejection from the core of the star cluster R136, are also possible.
https://arxiv.org/abs/astro-ph/0702540
Binary star progenitors of long gamma-ray Bursts
M. Cantiello, S.-C. Yoon, N. Langer, M. Livio
(Submitted on 20 Feb 2007)
We present a binary channel for the progenitors of long gamma-ray bursts. We test the idea of producing rapidly rotating Wolf-Rayet stars in massive close binaries through mass accretion and consecutive quasi-chemically homogeneous evolution. The binary channel presented here may provide a means for massive stars to obtain the required high rotation rates. Moreover, it suggests that a possibly large fraction of long gamma-ray bursts occurs in runaway stars. This can have important observational consequences for both the positions of GRBs, and their afterglow properties.
Gruß
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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von tomS » 27. Nov 2018, 13:53

Frank hat geschrieben:
25. Nov 2018, 21:20
Müsste der Stern im Grunde nicht flach wie eine Scheibe sein?
Gute Frage.

Die Oberfläche des Sterns wird näherungsweise eine Äquipotentialfläche bzgl. des Potentials der Gravitation plus Rotation darstellen.

Anbei eine Quelle mit Graphiken:

https://www.eso.org/sci/meetings/santia ... 009-ho.pdf
Gruß
Tom

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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von seeker » 27. Nov 2018, 15:28

Ich glaub das wird kompliziert, warum das keine Scheibe gibt und warum das zusammenhält.
Ich denke, man muss hier das Zusammenspiel aus höhenabhängige Fliehkraft/Rotationsgeschwindigkeit, Schwerkraft, Dichte, Temperatur und Druck berücksichtigen.

Immerhin wäre sonst m.E. jeder homogen-dichte konstant rotierende Körper, der nur durch seine Gravitation zusammengehalten wird, instabil, da die Stabilitätsbedingung dafür ja lautet:

G*m/r > w²

Wenn das an so einem besagten hypothetischen Körper an der Oberfläche gerade noch gegeben wäre, dann wäre es das weiter innen nicht mehr, denn wenn r abnimmt, dann nimmt m entsprechend dem Kugelvolumen hoch 3 ab, z.B. bei Halbierung von r wäre m nur noch 1/8.

Sei z.B. bei r = 1 die Oberfläche und:

G*m/r = 1
und w² = 0,5 (konstant)
und damit mit
1 > 0,5
die Stabilitätsbedingung erfüllt,

so wäre das bei r = 0,5 nicht mehr der Fall:

G*1/8m/0,5r = 0,25
0,25 < 0,5
damit wäre die Stabilitätsbedingung dort im Innern des Körpers nicht erfüllt und es müsste sich dort mindestens ein Hohlraum bilden, wenns nicht gleich auseinanderplatzt.
Also müssen wir die nach innen zunehmende Dichte zwingend berücksichtigen.
Grüße
seeker


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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von tomS » 27. Nov 2018, 16:16

seeker hat geschrieben:
27. Nov 2018, 15:28
Ich glaub das wird kompliziert, warum das keine Scheibe gibt und warum das zusammenhält.
Ich denke, man muss hier das Zusammenspiel aus höhenabhängige Fliehkraft/Rotationsgeschwindigkeit, Schwerkraft, Dichte, Temperatur und Druck berücksichtigen.
Ja, aber so kompliziert ist das nicht (wenn man von ein paar Vereinfachungen absieht; die Temperatur benötigst du nicht)
seeker hat geschrieben:
27. Nov 2018, 15:28
Immerhin wäre sonst m.E. jeder homogen-dichte konstant rotierende Körper, der nur durch seine Gravitation zusammengehalten wird, instabil
Warum? Wenn er nicht zu schnell rotiert, dan ist er stabil.
seeker hat geschrieben:
27. Nov 2018, 15:28
Wenn das an so einem besagten hypothetischen Körper an der Oberfläche gerade noch gegeben wäre, dann wäre es das weiter innen nicht mehr, denn wenn r abnimmt, dann nimmt m entsprechend dem Kugelvolumen hoch 3 ab, z.B. bei Halbierung von r wäre m nur noch 1/8.
Verstehe ich nicht.

Zum einen ist das Profil der Winkelgeschwindigkeit nicht notwendigerweise konstant. Das hängt sicher starkt von der Entstehungsgeschichte ab. Wenn der Stern z.B. Masse eines Partnersterns mit hohem Drehimpuls absaugt, dann wird der übertragene Drehimpuls sicher eher durch die äußeren Schichten getragen, während der innere Kern weiterhin vergleichsweise langsam rotiert.

Zum anderen kann man ja für die Näherung konstanter Dichte ρ mal ausrechnen, was passiert:

M(r) = V(r) · ρ
V(r) = 4/3 π r³

Aus

GM/R > v²

wird dann

GM(r) / r > v²

4/3 π r³ ρ / r > v²
4/3 π r² ρ > v²

Setzt man nun die Winkelgeschwindigkeit mit v = ωr ein, so folgt

4/3 π r² ρ > (ωr)²
4/3 π ρ > ω²

D.h. ω(ρ) ist für alle Radien konstant. Wenn also der Drehimpuls durch den o.g. Übetrag von Materie "addiert" wird, dann könnte der äußere Bereich instablil werden, während der innere Bereich weiterhin stabil bleibt.
Gruß
Tom

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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von seeker » 28. Nov 2018, 17:37

Ich habs nochmal durchgeschaut, du hast Recht, da hatte sich bei mir ein Fehler beim Ansatz der Stabilitätsbedingung eingeschlichen - und zwar hier:
seeker hat geschrieben:
27. Nov 2018, 15:28
G*m/r > w²
Das ist falsch.
Es muss heißen:
a(G) > a(Zf)
G*m/r² > ω²r

damit komme ich dann auf:
4/3 π G ρ r > ω² r
4/3 π G ρ > ω²

...womit der Radius (Abstand einer Probeschale zum Massezentrum innerhalb des Körpers) keine Rolle spielt, was aber auch interessant ist.
Ich denke, man kann nun z.B. auch direkt ablesen, dass die Dichte (wenn sonst alles andere fix sein soll) eine große Rolle für die Stabilität spielt:
4/3 π G ρ > ω², mit 4/3 π G = k (k = Konstante)
k ρ > ω²
tomS hat geschrieben:
27. Nov 2018, 16:16
Zum einen ist das Profil der Winkelgeschwindigkeit nicht notwendigerweise konstant. Das hängt sicher starkt von der Entstehungsgeschichte ab.
Das weiß ich. Deshalb sprach ich auch von einem hypothetischen Körper. Konstante Winkelgeschwindigkeit bei konstanter Dichte ist einfach der denkbar einfachste Fall, es hatte mich nur interessiert, wie es dort ausschaut.
Bei realen Sternen nimmt die Dichte nach innen zu und wohl auch i.d.R. die Winkelgeschwindigkeit (so ist es jedenfalls bei unserer Sonne - und zwar deutlich: um etwa das 4-fache ist ω dort größer [1]). Außerdem ist die Winkelgeschwindigkeit der Oberflächenbereiche am Äquator größer als in Polnähe [2].


1. http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-21 ... 08-02.html

2. https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenrot ... e_Rotation
Grüße
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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von seeker » 29. Nov 2018, 08:55

Nachtrag:

Aus der Stabilitätsbedingung

k ρ(r) > ω²(r)
√k √ρ(r) > ω(r)

folgt, dass bei einem (zunächst als beliebig groß und stabil angenommenen) Körper die Winkelgeschwindigkeit ω(r) im Abstand r zum Schwerpunkt umso größer sein darf, je größer dort die Materiedichte ρ(r) noch ist. Dass die Materie-Umlaufgeschwindigkeit v bei gegebener Winkelgeschwindigkeit ω mit dem Radius r zunimmt, da v = ω*r, spielt zunächst keine Rolle, also auch nicht bei großen Sonnen wie VFTS 102.
Eine Rolle spielt es, ob die Materiedichte ρ mit dem Radius r nach außen hin irgendwann stärker abnimmt als ω, sodass in irgendeinem Abstand r dann gilt: √k √ρ(r) < ω(r).
In dem Fall würde dann äußere Materie in Äquatornähe abgeworfen.

Außerdem folgt aus √k √ρ(r) > ω(r), dass sehr dichte Objekte (z.B. Neutronensterne) zunächst unabhängig von ihrer konkreten Größe sehr viel schneller rotieren dürfen als weniger dichte Objekte, ohne ihre Stabilität zu verlieren.
Grüße
seeker


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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von Frank » 29. Nov 2018, 09:17

Dann fasse ich mal für die nicht Mathematiker/Physiker zusammen.

Es gibt also eine Grenze, wo die Zentrifugalkraft so groß wird, dass in diesem Fall sogar die Gravitation nicht mehr ausreicht, um die Materie am Körper zu halten?
Das hängt auch noch stark von der Masse ab?

Vergessen sollten wir auch nicht, wo und wie der Stern diesen Impuls bekommen hat(oder durch was).
Sollte es wirklich eine Supernova eines nahen Begleitsterns gewesen sein, dann muss ich auch umdenken.
Dachte immer Schockwellen sind eben "Wellen" und die treffen alleine schon wegen der Ausdehnung drekt und gleichmässig stark auf VFTS 102. Dann würde der Stern aber einfach weggedrückt, oder beschleunigt.
Sollte sich aber der Drehimpuls auf einer Seite verstärken, dann würde aber auch die Schockwelle mit unterschiedlicher Stärke auftreffen.
Oder wo ist mein Denkfehler? ;? :?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von seeker » 29. Nov 2018, 10:36

Frank hat geschrieben:
29. Nov 2018, 09:17
Es gibt also eine Grenze, wo die Zentrifugalkraft so groß wird, dass in diesem Fall soagr die Gravitation nicht mehr ausreicht, um die Materie am Körper zu halten?
So lange es sich nicht um ein SL handelt, ja.
Frank hat geschrieben:
29. Nov 2018, 09:17
Das hängt auch noch stark von der Masse ab?
Dem ist über die Dichte genüge getan, da:

Dichte = Masse/Volumen

Das heißt, dass es bei zwei Objekten mit derselben Winkelgeschwindigkeit (Rotationsgeschwindigkeit) und derselben Masse aber unterschiedlichen Dichten (damit auch unterschiedlichen Größen/Volumina) sein kann, dass der eine (der dichtere) stabil ist und der andere (der weniger dichte) nicht.

Die sich einstellende Dichte wiederum hängt natürlich auch von der Masse ab, aber nicht nur, sie hängt auch von den Prozessen innerhalb des Körpers (Stern) ab:
Kernprozesse, Vermischungsprozesse, Druck, der Druck wiederum auch von der Temperatur - und sie hängt auch von der Rotationsgeschwindigkeit ab.
Ab da wird es dann kompliziert, würde ich sagen... :)

Dennoch finde ich die Beziehung 'Dichte-Winkelgeschwindigkeit' für eine erste Näherung nicht schlecht.
Frank hat geschrieben:
29. Nov 2018, 09:17
Vergessen sollten wir auch nicht, wo udn wie der Stern diesen Impuls bekommen hat(oder durch was).
Ja, denke ich auch.
Auf der einen Seite scheint es so zu sein, dass der Stern über Strahlung an seinem Oberflächenbereich Impuls loswerden kann, d.h. die Winkelgeschwindigkeit sollte dadurch mindestens dort mit der Zeit eher abnehmen.
Auf der anderen Seite gibt es wohl auch Prozesse, wo der Stern durch äußere Objekte hervorgerufen oder durch Masseeinschlag Impuls gewinnen kann.
Und dann kann es noch Prozesse geben, wo Impuls innerhalb des Sterns von außen nach innen oder von innen nach außen oder von den Polen zum Äquator transportiert wird.
Auch Magnetismus spielt dabei eine Rolle.

Wenn der Stern sich einfach zusammenzieht (wegen z.B. erlahmenden Kernprozessen), dann spielt das m.E. eher keine große Rolle, weil dadurch wegen der Impulserhaltung zwar seine Rotationsgeschwindigkeit zunimmt, aber eben auch seine Dichte.
Grüße
seeker


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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von Frank » 29. Nov 2018, 10:50

@seeker

Danke, aber was meinst du zu meiner Ausführung mit den Schockwellen, sofern ich es geschafft habe zu erläutern, was ich meine....... ? ;a
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von seeker » 29. Nov 2018, 14:57

Hmm... also wenn so ne Schockwelle auf einen rotierenden Körper trifft, dann kann ich im Moment nicht recht nachvollziehen, wie dadurch die Rotation des Sterns erheblich geändert werden könnte (ein klein wenig vielleicht schon, aber erheblich?).
Für eine Trennung von zwei Sternen könnte das aber schon relevant sein, was für die Gesamtgeschichte ein wichtiger Puzzlestein sein könnte:

Plausibler erscheint mir, dass es möglicherweise so war wie hier geschrieben, also Impulsgewinn durch Masseeinfang und kosmischer Tanz in einem Binärsystem und am Ende dann Trennung des Doppelsystems durch hinauskatapultieren per Supernova-Schockwelle:
Die Geschwindigkeitsdifferenz von VFTS 102 zu seinen Nachbarsternen deutet darauf hin, dass er ein Ausreißer ist, der aus einem Doppelsternsystem herauskatapultiert wurde. Das dürfte geschehen sein, als sein Partnerstern als Supernova explodierte. Diese These wird durch zwei weitere Indizien unterstützt: In der Nähe befinden sich in der Tat ein Supernovaüberrest und ein Pulsar [5].

Auf diesen Befund gestützt hat das Team eine mögliche Vorgeschichte für den Stern entworfen: Als Mitglied eines Doppelsternsystems, dessen beide Sterne sehr eng umeinander Kreisen, wäre der Stern in einer Situation gewesen, in der sehr schnell Materie von einem Stern zum anderen übertragen werden kann. Durch diesen Massentransfer wäre die Rotation des Sterns schneller und schneller geworden. So ließe sich die extrem hohe Rotationsgeschwindigkeit erklären. Nach einer kurzen Lebensdauer von nur 10 Millionen Jahren wäre der massereiche Begleiter dann als Supernova explodiert.S Die Reste seiner herausgeschleuderten Gashülle bilden den nahe gelegenen Supernovaüberrest. Die Explosion hätte gleichzeitig auch zum Herausschleudern des Sterns geführt und kann damit seine dritte Besonderheit erklären: die große Abweichung seiner Geschwindigkeit von den Geschwindigkeiten der anderen Sterne in seiner Umgebung. Durch den Kollaps des Partnersterns, der zur Supernovaexplosion geführt hätte, wäre aus dem massereichen Begleiter der beobachtete Pulsar geworden, und damit das letzte Puzzlestück des astronomischen Szenarios.
https://www.ahano.de/leben/nachrichten/ ... nomie.html
Grüße
seeker


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Re: VFTS 102 , kann diese Drehgeschwindigkeit denn wirklich sein?

Beitrag von tomS » 29. Nov 2018, 22:29

Frank hat geschrieben:
29. Nov 2018, 09:17
Es gibt also eine Grenze, wo die Zentrifugalkraft so groß wird, dass in diesem Fall sogar die Gravitation nicht mehr ausreicht, um die Materie am Körper zu halten?
ja
Frank hat geschrieben:
29. Nov 2018, 09:17
Das hängt auch noch stark von der Masse ab?
siehe dazu das Auftreten von M in den o.g. Gleichungen. Insbs. hängt das vom Dichteprofil ab.
Gruß
Tom

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