bvalek2#37
Nem csak a sebességek teszik relativisztikussá a problémát, hanem a nagy sűrűség, és a gravitációs tér erőssége.
Minél erősebb a gravitációs mező, annél nagyobb lesz az eltérés a newtoni gravitációképlet, és az einsteini között. Pl. egy adott tömegű égitest gravitációja nagyobb einsteini esetben, mert a relativitáselméletben a test teljes energiája hozzájárul a gravitációs tér keltéséhez, pl. a gravitációs potenciális energia is. Sőt a nyomás is hozzájárul, hiszen azt a (gyorsan) mozgó részecskék ütközése kelti, ami meg mozgási energia. Ennek érdekes következményei vannak.
Pl. ha növeled a tömeget, de állandó szinten tartod a térfogatot, az égitestek belsejében fellépő nyomás newtoni esetben természetesen csak végtelen tömeg esetén válik végtelenné. Einsteini esetben viszont van egy véges tömeg, aminél a középponti nyomás végtelenné válik (hiszen tömegnövelésnél hatványozottan nő az energia, a nyomás, ezek mind hozzájárulnak a grav.-hoz, az egész eszkalálódik). Ez azt jelenti, hogy a részecskék hiába taszítják egymást, egy tömeghatár fölött adott térfogat esetén nem létezhet égitest, összeomlik fekete-lyukká.
A fehér törpe még bőven messze van ettől a határtól, de az eltérések már megfigyelhetőek. Azért nem préselődik össze még kisebb térfogatra a saját gravitációja miatt, mert az elektronok fermionok, és azok a kizárási elv (Pauli-elv, kémiaóra) miatt nem tölthetnek be ketten teljesen ugyanolyan kvantumszámú helyeket, ezért léteznek pl. a hétköznapi életben atomok, és molekulák. Itt azt akadályozzák meg, hogy az égitest neutroncsillaggá, vagy fekete-lyukká zuhanjon össze.
Ezt a Chandrasekhar-határ néven ismert maximális tömegig képesek megakadályozni. Ha a newtoni gravitációképlet igaz lenne, akkor a Chandrasekhar-határ sokkal magasabb lenne, hiszen Newtonnál sokkal több tömeg kell ugyanakkora gravitáció (és belső nyomás) előidézéséhez, mint Einstein képletével, ahol pl. a gravitációs potenciális energia is hozzájárul tömegvonzáshoz.
Már sok százezer fehér törpét fedeztek fel, és még egyet sem találtak, melynek a tömege meghaladta volna az einsteini képletből származó Chandrasekhar-határt. A relativitáselméleti képletekkel kialakított fehér törpe-modellek nagy pontossággal megfelelnek a megfigyelt valóságnak (pl. a számolt és mért fényesség/tömeg/életkor/méret/színhőmérséklet függések remekül összeillenek). A newtoni gravitációelmélettel teljesen hibás eredményeket kapunk, amiket a megfigyelések nem támasztanak alá.
A fehér törpékkel gond akkor van, amikor anyagátáramlás van csillagok között, turbulens, ismeretlen viszkozitású, és hővezetésű extrém plazmáról van szó, amit mágneses terek irányítanak, itt még csak kezdetleges elméletek vannak (ha jobban ismernénk ezeket a tereket, fúziós reaktort is könnyebb lenne építeni, itt komoly gyakorlati haszon lenne). Ezek mind befolyásolják a robbanó szupernóva fényességét például. A fehér törpék belsejében lévő anyag jobban ismert, kiszámíthatóbban mozog, olyan energiájú részecskéket már régóta elő lehet állítani gyorsítókban, és ezeket az értékeket már meghatározták. "Egyszerű" forró plazma nehezebben kezelhető, még az áramló víznél is hasonló problémák vannak (gondolj pl. kavitációra, amikor robogó hangot hallat a vízcsap amikor megnyitod, meg az örvényekre, turbulenciára).
- Távolságot parallaxissal mérünk. A mai csillagászati műholdak rendkívüli képfelbontással rendelkeznek, az egész Tejútrendszerben lehet már parallaxist mérni, nincs szükség hókuszpókuszra változócsillagokkal. Amikor a Föld kering a Nap körül, kicsit más szögből látunk rá a pálya egyik pontjáról a csillagokra, mint a másikból. Ez a parallaxis szög, és háromszögeléses módszerrel meghatározható a távolság, mint a földmérőknél.
- Tömeget úgy mérünk, hogy sok fehér törpének van kisérője, megfigyeljük, hogy mennyi idő alatt kerüli meg, mekkora távolságból, és ebből meghatározható a középponti tömeg (egyszerű Kepler-törvényekkel, kapunk egy arányosságot a Nap tömegéhez viszonyítva).
- Fényességet úgy határozzuk meg, hogy először is vesszük a látszólagos fényességet, aztán figyelembe véve hogy milyen messze van, nem nehéz kitalálni, hogy mennyire fényes valójában.
- A színhőmérsékletet úgy lehet meghatározni, hogy különböző színszűrőkkel fényképeket készítünk a fehér törpecsillagról, aztán amelyiken a legfényesebb, az lesz az. De a saját szemünk is ezt teszi, amikor egy izzó tárgyat vörösnek, sárgának, fehérnek, kéknek lát.
A méretet és az életkort természetesen nem tudjuk mérni, csak elméleti modellből számolhatóak. Viszont a fenti értékek függenek tőlük, és egymástól is persze. A lényeg, a relativitáselméleti modellekben kapunk egy szép összképet, ahol mért és számított értékek szépen összecsengenek, newtoni képletekkel ez reménytelen, a valóságnak és egymásnak is ellentmondó eredmények jönnek ki.
Ja, és a Chandrasekhar-határhoz közeli idős fehér törpék belsejében kristályosodási folyamatok indulnak be, amik miatt gyorsabban hűlnek (elvonja a hőenergiát a rendeződés miatti entrópiacsökkenés). Ez mérési eredmény, hogy mi kristályosodik, az jó kérdés, a modellek szerint szén, gyémánt keletkezik. A Nappal is ez fog történni, fog szenet termelni, héliumfúzióval, majd idősebb korában.
Ezekről a dolgokról részletesebben, matematikai levezetésekkel szó van a letölthető könyvekben, amiket megadtam a lenti #2-ik hozzászólásomban.