Weisse zwerge

Nicht immer gewinnt am Ende die Gravitation, bei unserer Sonne scheint das Schicksal als Weißer Zwerg stabil zu sein, zum Beispiel. Weiße Zwerge sind eine Sternenart, die auf immer und ewig im Gravitationsgleichgewicht bleiben kann, ohne nukleare Reaktionen oder einen anderen Energievorrat zu benötigen. Wie gewöhnliche Sterne werden Weiße Zwerge durch die ungeordneten Bewegungen der Teilchen, aus denen sie bestehen, vor dem Gravitationskollaps bewahrt. Doch anders als bei normalen Sternen hängen diese Bewegungen nicht von der Temperatur des Gases im Inneren ab. Wenn Weiße Zwerge ihre innere thermische Energie abstrahlen und abkühlen, verlieren sie also nicht den stützenden Druck (Entartungsdruck) und kontrahieren daher nicht. Wenn Gas entartet, erzeugt die ungeordnete Bewegung des Gases einen Druck, der den Gravitationskollaps stabilisiert.
Der Gasdruck p0 im Sternzentrum ist die Summe aus dem thermischen Druck pt = n k T und dem bisher vernachlässigten Nullpunktsdruck pf  n5/3/m. Zehnfache Teilchendichte n vergrößert den thermischen Druck mit dem Faktor 10, den Nullpunktsdruck mit einem Faktor 105/3 = 46. Steigende Teilchendichte erhöht den Nullpunktsdruck weit stärker als den thermischen Druck und führt daher unvermeidlich zur Gasentartung. Je mehr der Nullpunktsdruck zum Gesamtdruck beiträgt, desto kleiner wird der Anteil des thermischen Druckes und die zur Erhaltung des Gleichgewichts nötige Temperaturzunahme; die Temperatur verliert an Bedeutung. Kann schließlich das Gleichgewicht (fast) allein durch den Nullpunktsdruck hergestellt werden, so bleibt es auch beim Auskühlen des Sternes erhalten, er hat ein Endstadium der Sternenentwicklung erreicht. Die Dichte eines solchen Himmelskörper beläuft sich auf das einmillionenmal höher als die von Wasser. Weiße Zwerge sind ungefähr so groß wie die Erde, haben aber ein rund einmillionenmal stärkeres Gravitationsfeld.

Es gibt jedoch eine obere Grenze für die Masse eines Weißes Zwerges. Untersucht man eine Reihe von Weißen Zwergen mit immer größerer Masse, so stellt man fest, dass die durch die Entartung hervorgerufene ungeordnete Bewegung der Elektronen mit wachsender Masse des Sterns immer schneller wird und sich bei Massen knapp oberhalb der Sonnenmasse der Lichtgeschwindigkeit nähert. 1930 beschäftigte sich der junge Theoretiker Subrahmanyan Chandrasekar (von Kollegen Chandra genannt) mit diesem Problem und kam zu einem erstaunlichen Ergebnis. Er stellte fest, dass es für Weiße Zwerge mit Massen über etwa 1,4 Sonnenmassen kein Gravitationsgleichgewicht geben kann. Bei Höheren Massen kann der Entartungsdruck niemals die Gravitation ausgleichen, ganz gleich, wie stark der Stern auch komprimiert werden mag. Chandra erkannte, dass die "Spannkraft" des entarteten Gases - seine Fähigkeit, der Kompression zu wiederstehen - geschwächt wird, wenn die Elektronen gezwungen sind, sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit zu bewegen. Folglich würde ein Weißer Zwerg mit einer Masse oberhalb der Chandra-Grenze in den freien Fall übergehen und in etwa einer Sekunde kollabieren.