Fermi-Druck

Entartete Materie (auch: Degenerierte Materie) ist Materie, die, meist in Sternen, unter so extrem hoher Dichte steht, dass für sie quantenmechanische Aspekte eine Rolle spielen. Entartung bedeutet hier, dass sich solche Materie nicht auf herkömmliche Weise, etwa als Elektronengas, beschreiben lässt. Der Begriff hat nichts mit entarteten Energieniveaus zu tun.

Entartetes Fermionengas

Wenn Fermionen (z. B. Protonen, Elektronen oder Neutronen) mit extrem hoher Dichte konzentriert sind, tritt der Gravitation, die die Dichte noch zu erhöhen versucht, ein Entartungsdruck entgegen. Dieser hat seine Ursache im Pauli-Prinzip, welches verbietet, dass zwei Fermionen gleichzeitig am gleichen Ort einen identischen Quantenzustand annehmen können. Daher würde eine weitere Kompression bedeuten, dass sich Fermionen in höhere Energiezustände begeben müssten. Es entsteht ein Entartungsdruck (Fermi-Druck), welcher dem Gravitationsdruck entgegenwirkt.

Entartete Materie in Sternen

Weiße Zwerge werden durch den Entartungsdruck von Elektronen stabilisiert. Ist die Masse eines Weißen Zwerges größer als die Chandrasekhar-Grenze, kann dieser den Gravitationsdruck nicht kompensieren, und der Weiße Zwerg kollabiert zu einem Neutronenstern.

Da jedoch auch Neutronen Fermionen sind, bestehen auch Neutronensterne aus entarteter Materie, d.h. es entsteht wiederum ein Entartungsdruck. Wenn auch dieser der Gravitation nicht standhalten kann, kollabiert der Neutronenstern schließlich zum Schwarzen Loch.

Bemerkenswert an entarteter Materie ist, dass der von normaler Materie bekannte Zusammenhang der Volumenänderung bei Druck- oder Temperaturänderung nicht mehr besteht. Diese Entkopplung spielt eine wichtige Rolle beim Explosionsmechanismus der Supernovae vom Typ Ia.