Astronomie

Leben der Sterne und Tod der Sterne

Das Leben der Sterne beginnt in der Regel in der Gebärmutter einer stellaren Kinderstube, die als Nebel bezeichnet wird. Der Stern ist ein Ort der Gastfreundschaft, aber auch der Konkurrenz, und sein Zyklus beginnt, wie alles Leben, mit einem Kampf. Wie männliche Spermien um die Aufmerksamkeit des mütterlichen Eies wetteifern, so wetteifern embryonale Sterne um die nährende Nahrung der interstellaren gasförmigen Materie.

Nebel sind einfach große Wolken aus Staub und Gas (hauptsächlich Wasserstoff). Es gibt zwar verschiedene Arten von Nebeln, aber die Astronomen sind sich einig, dass einige große diffuse Nebel genügend Gas und Staub enthalten, um mehr als 100.000 Sterne von der Größe unserer Sonne zu erzeugen.

Entstehung von Sternen

Unter bestimmten Umständen werden die Gase in einem Nebel durch das ultraviolette Licht eines großen, nahe gelegenen Sterns erhitzt. Gas und Staub erhitzen sich, regen das atomare Verhalten an und verdichten sich dadurch zu kompakter Materie. Über Millionen von Jahren setzt sich die Verdichtung fort, bis der Protostern genügend Masse hat, so dass die Elektronenabstoßungskräfte der verdichteten Wasserstoffatome den Gravitationskräften der Sternmasse entsprechen – Gleichgewicht. An diesem Punkt beginnt der Stern, den Wasserstoff, den er verdichtet hat, zu verbrennen und „schaltet sich ein“.

Wie schalten sich Sterne ein?

Die grundlegende Fusionsreaktion von H zu He + Energie 1H1 + 1H1 → 1H2 + e0 + υ dann 1H1 + 1H2 → 2He3 + γ (wobei υ = Neutrino und γ = Gammastrahlung, hochenergetische Photonen) findet in jedem Stern statt. Bei dieser Umwandlung von Wasserstoff in Helium werden als Nebenprodukt Energie und Licht erzeugt. Energie und Photonen wandern vom Kern des Sterns zur Oberfläche, wo warme Energie und helles Licht in den Kosmos ausgestrahlt werden.

Größe der Sterne

Die Größe von Sternen hat in jüngster Zeit einige spannende Entwicklungen erfahren. Bisher glaubten die Wissenschaftler, dass große Sterne ihre Masse durch das schnelle Verschlingen kleinerer Protosterne in den überfüllten Nebeln gewinnen. Dr. Nimesh Patel vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics erklärt jedoch: „Wir haben ein eindeutiges Beispiel für eine Akkretionsscheibe um einen massereichen Protostern gefunden, was die Annahme stützt, dass die Masse des Sterns durch die Akkretion der Scheibe zunimmt. [accretion disk theory.]“ Diese Theorie besagt, „… dass massereiche Sterne durch den Gravitationskollaps eines dichten Kerns in einer interstellaren Gaswolke entstehen, und zwar durch ähnliche Prozesse wie bei der Entstehung von Sternen mit geringer Masse.“

Im Ergebnis bedeutet diese neue Entdeckung, dass alle Sterne auf die gleiche Weise entstehen, nämlich durch Verdichtung von Staub und Gas. Der Unterschied liegt lediglich in der Menge des in einer bestimmten Region vorhandenen Materials. Je dichter das Material ist, desto größer ist der Stern.

Das Leben der Sterne

Sterne leben Hunderttausende bis Zehnmilliarden von Jahren; die Lebenserwartung von Sternen unterscheidet sich jedoch deutlich von der Masse des Sterns. Große Sterne neigen dazu, ein kurzes und heftiges Leben zu führen, während kleinere Sterne (wie unsere Sonne) Milliarden von stabilen Jahren überdauern. Aber unabhängig von der Größe des Sterns ist der Sterntod sicher, sobald der Kernbrennstoff aufgebraucht ist.

Der Tod der Sterne

Der Tod eines Sterns hängt ebenso wie sein Leben von seiner Größe ab. Kleinere Sterne neigen dazu, mit einem Wimmern zu sterben und ihre äußeren Schichten abzustreifen, bis nur noch ein dunkler Kern übrig bleibt. Größere Sterne haben einen dramatischeren Zyklus, genauso wie sie ein dramatischeres Leben haben.

Der Tod von Kleine Sterne

Wenn einem Stern der Kernbrennstoff ausgeht, beginnt er unter der Schwerkraft zu kollabieren, wie es bei seiner Geburt der Fall war. Dieser Kollaps verursacht einen Temperaturanstieg, der den Stern dazu bringt, Helium zu verbrennen und sich vorübergehend nach außen zu drücken. Der Stern wird sich um das Zehnfache seiner ursprünglichen Größe ausdehnen, und im Falle unserer Sonne werden alle inneren Planeten verbrannt.

Gleichzeitig werden große Teile seiner Oberfläche in den Weltraum gesprengt, bis die Gravitationskräfte die verringerten thermischen Kräfte überwinden und die Implosion von neuem beginnt. Die Masse reicht nicht aus, um die Elektronenentartung zu überwinden, und es kann kein weiterer Kollaps stattfinden. Die Entartung der Elektronen, d. h. die Tatsache, dass keine zwei Elektronen gleichzeitig denselben Raum einnehmen können, bestimmt die endgültige Größe des verbleibenden Kerns.

Der Tod des Große Sterne

Größere Sterne haben ein ganz anderes Ergebnis. Die erste Phase ist weitgehend gleich, aber sobald der Brennstoff H2 und He verbraucht ist, beginnt der Stern mit der Verbrennung von Kohlenstoff. In einigen Fällen verbrennen extrem massereiche Sterne weiterhin Sauerstoff, Neon, Magnesium, Silizium und Schwefel, aber alle müssen bei Eisen aufhören. Die Energie, die für die Verbrennung dieser schweren Elemente benötigt wird, erzeugt im Inneren Temperaturen, die den Stern auf das Millionenfache der Größe unserer Sonne anschwellen lassen. Solange jedoch der innere Druck die Schwerkraft ausgleicht, bleibt der Stern im Gleichgewicht.

Leider entsteht bei der Verbrennung von C, O, Ne, Mg, Si oder S Fe, wodurch die im Stern freigesetzte Energiemenge sinkt. In dem Maße, wie die Energie abnimmt, sinkt die Temperatur und die Kompressionsrate durch die Schwerkraft nimmt zu. Irgendwann ist der Brennstoff aufgebraucht und die Schwerkraft gewinnt. Der massive Rote Riese wird schnell in sich zusammenfallen, bis im Kern eine Neutronendegeneration eintritt. An diesem Punkt wird das kollabierende Material in einem gewaltigen stellaren Ereignis – der Supernova – vom Neutronenkern „abprallen“. Was mit dem Kern geschieht, wird in Schwarze Löcher – Raum/Zeit-Verzerrung erörtert.

Die Wiedergeburt der Sterne

Sobald die Trümmer, diese schweren Elemente von Kohlenstoff bis Schwefel, die im Inneren des Sterns entstanden sind, durch die Kräfte der Supernova in den interstellaren Raum geschleudert werden, beginnt der Zyklus von neuem. Jeder sterbende Stern stößt sein Material in den Weltraum aus; die Trümmer von Supernovae neigen jedoch dazu, sich recht schnell zu sammeln. In Fällen wie dem Krebsnebel sind die Überreste von Super-Novae und der eigentliche Nebel nur schwer zu unterscheiden.

Diese Elemente werden zu Staub und Gas, dem Material, das für die Entstehung neuer Sterne benötigt wird. Der Kreislauf des Lebens ist geschlossen!

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