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Subrahmanyan Chandrasekhar war ein indisch-amerikanischer Astrophysiker, der sein Berufsleben in den Vereinigten Staaten verbrachte. Er erhielt 1983 den Nobelpreis für Physik zusammen mit William A. Fowler für „...theoretische Studien der physikalischen Prozesse, die für die Struktur und Entwicklung von Sternen wichtig sind". Seine mathematische Behandlung der Sternentwicklung führte zu vielen der gegenwärtigen theoretischen Modelle der späteren Entwicklungsstadien massiver Sterne und schwarzer Löcher. Die Chandrasekhar-Grenze ist nach ihm benannt.
Chandrasekhar arbeitete sein ganzes Leben lang an einer Vielzahl von physikalischen Problemen und trug zum gegenwärtigen Verständnis der Sternstruktur, der weißen Zwerge, der Sterndynamik, stochastischer Prozesse, des Strahlungstransports, der Quantentheorie des Wasserstoffanions, der hydrodynamischen und hydromagnetischen Stabilität, der Turbulenz, des Gleichgewichts und der Stabilität ellipsoidaler Gleichgewichtsfiguren, der allgemeinen Relativitätstheorie, der mathematischen Theorie schwarzer Löcher und der Theorie kollidierender Gravitationswellen bei. An der Universität Cambridge entwickelte er ein theoretisches Modell, das die Struktur von Weißzwerg-Sternen erklärte und die relativistische Variation der Masse mit den Geschwindigkeiten der Elektronen berücksichtigte, die ihre degenerierte Materie bilden. Er zeigte, dass die Masse eines Weißzwergs 1,44 Mal die Sonnenmasse nicht überschreiten konnte – die Chandrasekhar-Grenze. Chandrasekhar überarbeitete die Modelle der Sterndynamik, die zunächst von Jan Oort und anderen skizziert wurden, indem er die Auswirkungen von schwankenden Gravitationsfeldern in der Milchstraße auf Sterne berücksichtigte, die um das galaktische Zentrum rotieren. Seine Lösung dieses komplexen dynamischen Problems bestand aus einer Reihe von zwanzig partiellen Differentialgleichungen, die eine neue Größe beschrieben, die er „dynamische Reibung" nannte und die die duale Wirkung hatte, den Stern zu verzögern und zur Stabilisierung von Sternhaufen beizutragen. Chandrasekhar erweiterte diese Analyse auf das interstellare Medium und zeigte, dass Wolken aus galaktischen Gasen und Staub sehr ungleichmäßig verteilt sind.
Chandrasekhar studierte am Presidency College, Madras, jetzt Chennai, und an der Universität Cambridge. Als langjähriger Professor an der Universität Chicago führte er einige seiner Studien am Yerkes Observatory durch und war von 1952 bis 1971 Herausgeber von The Astrophysical Journal. Er war von 1937 bis zu seinem Tod 1995 im Alter von 84 Jahren Fakultätsmitglied in Chicago und war Morton D. Hull Distinguished Service Professor der theoretischen Astrophysik.
Frühen Leben und Bildung
Chandrasekhar wurde am 19. Oktober 1910 in Lahore, Punjab, Britisch-Indien, jetzt Pakistan, in einer tamilischen Brahmin-Familie geboren, von Sita Balakrishnan 1891–1931 und Chandrasekhara Subrahmanya Ayyar 1885–1960, der zum Zeitpunkt von Chandrasehars Geburt in Lahore als stellvertretender Generalrevisor der Nordwestbahnen stationiert war. Er hatte zwei ältere Schwestern, Rajalakshmi und Balaparvathi, drei jüngere Brüder, Vishwanathan, Balakrishnan und Ramanathan, und vier jüngere Schwestern, Sarada, Vidya, Savitri und Sundari. Sein Patenonkel war der indische Physiker und Nobelpreisträger C. V. Raman. Seine Mutter war den intellektuellen Bestrebungen zugetan, hatte Henrik Ibsens „Puppenheim" ins Tamil übersetzt und wird dafür anerkannt, dass sie Chandras intellektuelle Neugier in frühen Jahren geweckt hat. Die Familie zog 1916 von Lahore nach Allahabad und ließ sich schließlich 1918 in Madras nieder.
Chandrasekhar wurde bis zum Alter von 12 Jahren zu Hause unterrichtet. In der Mittelschule unterrichtete ihn sein Vater in Mathematik und Physik und seine Mutter unterrichtete ihn in Tamil. Er besuchte später die Hindu High School, Triplicane, Madras in den Jahren 1922–25. Anschließend studierte er von 1925 bis 1930 am Presidency College, Madras, schrieb 1929 seine erste Arbeit „The Compton Scattering and the New Statistics", nachdem er von einem Vortrag von Arnold Sommerfeld inspiriert wurde. Er erhielt seinen Bachelor-Abschluss, BSc Hon., in Physik im Juni 1930. Im Juli 1930 erhielt Chandrasekhar ein Stipendium der indischen Regierung, um Graduiertenstudien an der Universität Cambridge zu absolvieren, wo er am Trinity College, Cambridge, aufgenommen wurde, gesichert durch R. H. Fowler, mit dem er seine erste Arbeit kommunizierte. Während seiner Reisen nach England verbrachte Chandrasekhar seine Zeit damit, die statistische Mechanik des degenerierten Elektronengases in Weißzwerg-Sternen auszuarbeiten und relativistische Korrektionen zu Fowlers bisherigen Arbeiten vorzunehmen (siehe Legacy unten).
An der Universität Cambridge
In seinem ersten Jahr in Cambridge, als Forschungsstudent von Fowler, verbrachte Chandrasekhar seine Zeit damit, mittlere Opazitäten zu berechnen und seine Ergebnisse auf die Konstruktion eines verbesserten Modells für die Grenzmasse des degenerierten Sterns anzuwenden. Bei den Treffen der Royal Astronomical Society traf er E. A. Milne. Auf Einladung von Max Born verbrachte er den Sommer 1931, sein zweites Jahr postgradualer Studien, an Borns Institut in Göttingen und arbeitete an Opazitäten, atomaren Absorptionskoeffizienten und modellierten Sternphotostatmosphären. Auf Rat von P. A. M. Dirac verbrachte er sein letztes Jahr des Graduiertenstudiums am Institut für theoretische Physik in Kopenhagen, wo er Niels Bohr traf.
Nach dem Erhalt einer Bronzemedaille für seine Arbeit an degenerierten Sternen erhielt Chandrasekhar im Sommer 1933 seinen PhD-Abschluss in Cambridge mit einer Dissertation unter seinen vier Arbeiten über sich selbst gravierende rotierende Polytrope. Am 9. Oktober wurde er zu einem Prize Fellowship am Trinity College für den Zeitraum 1933–1937 gewählt und wurde nur der zweite Inder, der ein Trinity Fellowship erhielt, 16 Jahre nach Srinivasa Ramanujan. Er war sich so sicher, das Fellowship nicht zu erhalten, dass er bereits Vorkehrungen getroffen hatte, um in jenem Herbst bei Milne in Oxford zu studieren, und ging sogar so weit, eine Wohnung dort zu mieten.
Während dieser Zeit lernte Chandrasekhar den britischen Physiker Sir Arthur Eddington kennen. Bei einer berüchtigten Begegnung bei der Royal Astronomical Society in London 1935 verspottete Eddington das Konzept der Chandrasekhar-Grenze öffentlich. Obwohl Eddington später durch Computer und die erste positive Identifizierung eines schwarzen Lochs 1972 widerlegt werden würde, veranlasste diese Begegnung Chandrasekhar, eine Anstellung außerhalb des Vereinigten Königreichs in Betracht zu ziehen. Später im Leben äußerte Chandrasekhar bei mehreren Gelegenheiten die Ansicht, dass Eddingtons Verhalten teilweise rassistisch motiviert war.
Karriere und Forschung
Frühe Karriere
1935 wurde Chandrasekhar vom Direktor des Harvard Observatory, Harlow Shapley, eingeladen, für einen Zeitraum von drei Monaten als Gastdozent für theoretische Astrophysik zu arbeiten. Er reiste im Dezember in die Vereinigten Staaten. Während seines Besuchs in Harvard beeindruckte Chandrasekhar Shapley sehr, lehnte aber sein Angebot eines Harvard-Forschungsstipendiums ab. Gleichzeitig traf Chandrasekhar Gerard Kuiper, einen bekannten niederländischen astrophysikalischen Observationalist, der damals eine führende Autorität für Weiße Zwerge war. Kuiper war kürzlich von Otto Struve, dem Direktor des Yerkes Observatory in Williams Bay, Wisconsin, das von der Universität Chicago betrieben wurde, und vom Präsidenten der Universität Robert Maynard Hutchins rekrutiert worden. Da Struve Chandrasekhar kannte, zog er ihn für eine von drei Fakultätsstellen in Astrophysik in Betracht, zusammen mit Kuiper; die andere Stelle war von Bengt Stromgren, einem dänischen Theoretiker, besetzt worden. Nach einer lobreichen Empfehlung von Kuiper lud Struve Chandrasekhar im März 1936 zum Yerkes ein und bot ihm die Stelle an. Obwohl Chandrasekhar lebhaft interessiert war, lehnte er das Angebot zunächst ab und reiste nach England; nachdem Hutchins während der Fahrt ein Telegramm an Chandrasekhar schickte, akzeptierte er schließlich und kehrte im Dezember 1936 zum Yerkes als Assistenzprofessor für theoretische Astrophysik zurück. Hutchins intervenierte auch in einem Fall, in dem Chandras Teilnahme an einem von Struve organisierten Kurs vom Dekan Henry Gale auf der Grundlage von rassistischen Vorurteilen vetiert wurde; Hutchins sagte „Auf jeden Fall soll Mr. Chandrasekhar unterrichten".
Chandrasekhar blieb sein ganzes Berufsleben lang an der Universität Chicago. Er wurde 1941 zum außerordentlichen Professor und zwei Jahre später zum ordentlichen Professor befördert, als er gerade 33 Jahre alt war. 1946, als die Princeton University Chandrasekhar eine von Henry Norris Russell freigewordene Stelle mit einem doppelt so hohen Gehalt wie das von Chicago anbot, erhöhte Hutchins sein Gehalt auf das der Princeton und überredete Chandrasekhar, in Chicago zu bleiben. 1952 wurde er Morton D. Hull Distinguished Service Professor der theoretischen Astrophysik und Enrico Fermi Institute auf Einladung von Enrico Fermi. 1953 nahmen er und seine Frau, Lalitha Chandrasekhar, die amerikanische Staatsbürgerschaft an. Bekanntlich lehnte Chandrasekhar viele Angebote anderer Universitäten ab, darunter eines, um Henry Norris Russell, den führenden amerikanischen Astronomen, als Direktor des Observatoriums der Princeton University zu ersetzen.
Nach dem Bau des Laboratoriums für Astrophysik und Weltraumforschung LASR durch die NASA 1966 an der Universität belegte Chandrasekhar eines der vier Eckbüros im zweiten Stock. Die anderen Ecken beherbergten John A. Simpson, Peter Meyer und Eugene N. Parker. Chandrasekhar wohnte am 4800 Lake Shore Drive, nachdem der Hochhausappartementkomplex Ende der 1960er Jahre gebaut wurde, und später im 5550 Dorchester Building.
Zweiter Weltkrieg
Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete Chandrasekhar im Ballistic Research Laboratory am Aberdeen Proving Ground in Maryland. Während seiner Zeit dort arbeitete er an Ballistikproblemen und verfasste Berichte wie 1943 „On the decay of plane shock waves", „Optimum height for the bursting of a 105mm shell", „On the Conditions for the Existence of Three Shock Waves" und „The normal reflection of a blast wave". Chandrasehars Sachverstand in Hydrodynamik veranlasste Robert Oppenheimer, ihn einzuladen, das Manhattan Project in Los Alamos zu unterstützen, aber Verzögerungen bei der Bearbeitung seiner Sicherheitsfreigabe verhinderten seinen Beitrag zum Projekt. Es wurde gemunkelt, dass er das Calutron-Projekt besucht hat.
Philosophie der Systematisierung
Er schrieb, dass seine wissenschaftliche Forschung durch seinen Wunsch motiviert war, bei der Entwicklung verschiedener Fachgebiete der Wissenschaft nach besten Kräften teilzunehmen, und dass das Hauptmotiv seiner Arbeit die Systematisierung war. „Was ein Wissenschaftler im Wesentlichen versucht zu tun, ist, einen bestimmten Bereich, einen bestimmten Aspekt oder ein bestimmtes Detail auszuwählen und zu sehen, ob dieser seinen angemessenen Platz in einem allgemeinen Schema einnimmt, das Form und Kohärenz hat; und wenn nicht, weitere Informationen zu suchen, die ihm dabei helfen würden".
Chandrasekhar entwickelte einen einzigartigen Stil, mehrere Felder der Physik und Astrophysik zu beherrschen; folglich könnte sein Berufsleben in verschiedene Perioden unterteilt werden. Er würde ein bestimmtes Gebiet gründlich studieren, mehrere Arbeiten darin veröffentlichen und dann ein Buch schreiben, das die Hauptkonzepte auf dem Gebiet zusammenfasst. Er würde dann zum nächsten Jahrzehnt in ein anderes Gebiet übergehen und das Muster wiederholen. So studierte er die Sternstruktur, einschließlich der Theorie der Weißen Zwerge, in den Jahren 1929 bis 1939 und konzentrierte sich anschließend auf die Sterndynamik und die Theorie der Brownschen Bewegung von 1939 bis 1943. Danach konzentrierte er sich auf die Theorie des Strahlungstransports und die Quantentheorie des negativen Wasserstoffions von 1943 bis 1950. Dies war gefolgt von intensiver Arbeit an Turbulenz und hydrodynamischer und hydromagnetischer Stabilität von 1950 bis 1961. In den 1960er Jahren studierte er das Gleichgewicht und die Stabilität ellipsoidaler Gleichgewichtsfiguren sowie die allgemeine Relativitätstheorie. Während des Zeitraums 1971 bis 1983 studierte er die mathematische Theorie schwarzer Löcher und schließlich in den späten 80er Jahren arbeitete er an der Theorie kollidierender Gravitationswellen.
Arbeit mit Studenten
Chandra arbeitete eng mit seinen Studenten zusammen und drückte Stolz darauf aus, dass das Durchschnittsalter seiner Co-Autoren-Mitarbeiter über einen Zeitraum von etwa 50 Jahren von etwa 1930 bis 1980 gleich blieb, etwa 30 Jahre. Er bestand darauf, dass Studenten ihn als „Chandrasekhar" ansprachen, bis sie ihren PhD-Abschluss erhielten, wonach sie wie andere Kollegen ermutigt wurden, ihn als „Chandra" anzusprechen. Als Chandrasekhar in den 1940er Jahren am Yerkes Observatory arbeitete, fuhr er jedes Wochenende 150 Meilen (240 km) hin und her, um an der Universität Chicago einen Kurs zu unterrichten. Zwei der Studenten, die den Kurs belegten, Tsung-Dao Lee und Chen-Ning Yang, gewannen den Nobelpreis, bevor er selbst einen erhalten konnte. Bezüglich Klassenrauminteraktionen während seiner Vorlesungen erklärte der renommierte Astrophysiker Carl Sagan aus eigener Erfahrung, dass „leichtfertige Fragen" von unvorbereiteten Studenten „in der Weise einer summarischen Hinrichtung" behandelt wurden, während Fragen von Verdienst „ernsthafte Aufmerksamkeit und Reaktion" erhielten.
Andere Aktivitäten
Von 1952 bis 1971 war Chandrasekhar Herausgeber von The Astrophysical Journal. Als Eugene Parker 1957 eine Arbeit über seine Entdeckung des Sonnenwinds einreichte, lehnten zwei eminente Gutachter die Arbeit ab. Da Chandra als Herausgeber jedoch keine mathematischen Fehler in Parkers Arbeit finden konnte, veröffentlichte er die Arbeit 1958.
In den Jahren 1990 bis 1995 arbeitete Chandrasekhar an einem Projekt, das sich der Erklärung der detaillierten geometrischen Argumente in Sir Isaac Newtons „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" unter Verwendung der Sprache und Methoden der gewöhnlichen Analysis widmete. Die Bemühung führten zu dem 1995 veröffentlichten Buch „Newton's Principia for the Common Reader". Chandrasekhar war Ehrenmitglied der International Academy of Science.
Persönliches Leben
Chandrasekhar heiratete Lalitha Doraiswamy im September 1936. Er hatte sie als Mitstudentin am Presidency College kennengelernt. Chandrasekhar war der Neffe von C.V. Raman, der war
