STERNE - Geburt, Leben und Sterben


 (Foto: ESA/HUBBLE NASA - JUDY SCHMIDT)
Planetarische Nebel - Sterbebilder einer Sternexplosion (Supernova)


Bis vor 100 Jahren glaubten auch die Wissenschaftler an das Weltbild, wie es von Isaac Newton (1643–1727) in eine allgemein angenommene Form gegossen worden war. Das Weltall wie eine absolut ewige und unwandelbare Bühne (fix nach Raum und Zeit), auf der sich alle Naturereignisse nach festen Naturgesetzen vollziehen. In der Folge wurden die Naturgesetze in mathematische Formeln gegossen und konnten augenscheinlich alles erklären und vorhersagen.

Schon Newtons wissenschaftlicher Gegner Wilhelm Leibnitz (1646-1714) kratzte an diesem Weltbild, z.B. mit der Auffassung, dass der Raum nicht von vornherein wie eine leere Schachtel sein könne, sondern erst durch den Inhalt gegeben sein und bestimmt werden könne - was sich in der modernen Astrophysik des 20. Jahrhunderts für das Weltall allgemein durchsetzte.

Raum und Zeit entstanden erst im Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren. Unsere bekannten Naturgesetze gelten erst 10-43 Sekunden danach, was vorher war und geschah, ist und bleibt eine geheimnisvolle Singularität. Schon in den ersten fünf Minuten formte sich das Weltall zur uns bekannten Form und entwickelte sich weiter nach den Gesetzen der Quanten- und Relativitätstheorie, der Selbstorganisation und Evolution ( klick "Mein Herz im Weltall").


 Urknall und Weltall
    NASA - Entwicklung des Weltalls. Links in der ersten Sekunde Urknall und Inflation, rechts Gegenwart/heute


100 Millionen Jahre nach dem Urknall zeigten sich die Auswirkungen der Schwerkraft im Universum. Die Materie in den Weiten des Kosmos zeigte vom Urknall-Geschehen her leichte Unterschiede, und so zogen dichterbesetzte Regionen durch die Schwerkraft langsam die benachbarte Materie an. Es gab damals nur Wasserstoff und wenig Helium im Raum (und Spuren von Lithium). Es entstanden riesige Gebilde dieser Materie, die unter der eigenen Schwerkraft immer dichter und schwerer wurden. Die Atome wurden immer mehr zusammengedrückt und dadurch sehr heiß, die ersten Protosterne begannen infrarot zu glimmen. Mit vielen Millionen Grad Hitze und einem gewaltigen Druck werden hier und dort je 4 Wasserstoff-Atome über Zwischenstadien zu einem Helium-Stom zusammengedrückt. Dabei geht etwa 0,75 % der Masse in Energie (Strahlung, Licht, Hitze usw.) über, nach der Formel von Einstein Energie = Masse mal Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat. Auch unsere Sonne leuchtet im Licht unzähliger "Atombomben",  pro Sekunde wie 4.300 Milliarden Atombomben der Größe von Hieroshima 1945, dabei werden pro Sekunde 4 Milliarden kg Masse in Energie zerstrahlt.


 

Drei Sternengenerationen


Die Sterne dieser ersten Generation etwa 250 Millionen Jahre nach dem Urknall waren riesig groß und hatten eine kurze Lebensdauer von wenigen Millionen Jahren. Wenn der Sauerstoff zum Heliumbrennen aufgebraucht war, explodierten diese Sonnen und in der dabei entwickelten Hitze von vielen Milliarden Grad wurden Atome von schwereren Elementen zusammengeschoben und in das Weltall geschleudert - als Materie für die zweite Sternengeneration.

 Sternentstehungsgebiet Clarinanebel

Carina-Nebel (Nähe Kreuz des Südens)
Staub- und Wasserstoffwolken -
also Sternentstehungsnebel.
200 mal 300 Lichtjahre groß,
an die 10.000 Lichtjahre von der Erde entfernt

 

Aus solchen Staubwolken entstanden neue Sterne, indem sich durch die Gravitation Materie aus Wasserstoff und  Sternenstaub zusammenzogen und bei Erhitzung von vielen Millionen Grad sowie einer unvorstellbaren Dichte das Wasserstoff-Helium-Brennen einsetzte. Diese zweite Sternengeneration enthielt nun auch höhere Elemente, vor allem bis zu Eisen mit der Elemente-Ordnungszahl 26. So konnte nach dem Verbrauch des Wasserstoffs ein Heliumbrennen einsetzen, es wurden also unter höchsten Temperaturen auch Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, Aluminium und Silizium usw. gebrannt - bis beim Element Eisen Schluss war.

Die Fusion zu Eisen mit seinen 26 Protonen und mindestens soviel Neutronen im Kern gibt keine Energie mehr frei, sondern verbraucht dabei die Energie der Umgebung. Und das ist der Tod dieser Sterne, sie wurden dadurch schnell kälter und in einem kritischen Moment hatten sie der Schwerkraft nichts mehr entgegenzusetzen. Sie implodierten in einem Wimpernschlag und produzierten durch diese Milliarden-Grad-Hitze und große Dichte schwere Metalle wie z.B. Kupfer und Zink, Silber und Blei. Und aus diesem explosionsartig in das Weltall geschleuderten reichlichen Sternenstaub entstanden die Sterne der dritten Generation - und dazu gehört unsere Sonne, mit ihren 300 Milliarden Schwestern Sonnen allein in unserer Milchstraße. Denn inzwischen hatten sich in einigen Milliarden Jahren durch die Schwerkraft die Galaxien gebildet, man schätzt heute deren 120 Milliarden im Kosmos, jeweils mit einer Ausdehnung von etwa 100.000 Lichtjahren und mit ca. 1 Million Sonnen.

 

Das Sterben einer Sonne

Eine Sonne wie die unsere hat wegen der vielen Elemente aus dem Sternenstaub ein langes Leben von 10 Milliarden Jahren oder auch mehr. Der Gravitationsdruck der vielen Materie des Sterns nach innen wird durch den Energiedruck der Kernfusionen im Kern des Sterns in einem zappelnden Gleichgewicht gehalten. Der Wasserstoff als Brenmaterial zu Helium reicht lange, in unserer Sonne noch etwa 5 Milliarden Jahre.

Geht Wasserstoff zu Ende, wird die Energie der Fusionen geringer, der Stern wird kälter und die Schwerkraft drückt die Sonne etwas zusammen. Dadurch steigt innen der Druck und die Temperetaur steigt wieder um einige Millionen Grad. Dadurch wird nun Helium zu Kohlenstoff gebrannt, dann aber geht es weiter zu Elementen mit immer höherer Ordnungszahl, und dies schalenförmig von innen immer mehr nach außen. Wie schon gesagt, geht dies im alternden Stern ziemlich rasch vor sich, und wenn einmal Eisen gebrannt wird, ist Schluss! Denn Eisenbrennen bringt keine Energie, sondern verbraucht in kürzester Zeit die vorhandenen Energiereste von Hitze. Für die leuchtende Sonne naht ein plötzlicher Tod. Im kritischen Moment des  Übergewichts der Schwerkraft wird alle Materie mit einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit zum Kern hin gedrückt. Die äußeren Schichten werden abgestoßen (planetarische Nebel entstehen), es werden Unmengen von Materie und Strahlung in den Weltenraum geschleudert.

 

Planetarischer Nebel Krebsnebel

Planetarische Nebel - Krebsnebel (siehe klick)
Überrest von Supernova des Jahres 1054

 

Der Kern des sterbenden Sterns wird mit Wucht zusammengedrückt, die Dichte und die Temperatur steigen ins Milliardenhafte. Bei einer Sonnenmasse wie der unseren bleibt innen nur mehr ein kleiner Stern (Weißer Zwerg), der auch ohne Kernfusionen noch Millionen Jahre ausglühen wird, bis ein dunkler kalter Asche- und Staubrest im Kosmos übrig bleibt.
 

Ist eine Sternenmasse wenigstens 5mal größer als bei unserer Sonne, explodiert der Stern auch nach der Phase als roter Riese im Bruchteil einer Sekunde, gewaltig - in einer Supernova. Die Wirkung ist unbeschreiblich. Das Licht wird millionenmal heller und die abgeschleuderten Materiemassen breiten sich mit hohen Geschwindigkeiten aus und bilden wunderbare Nebel. Der Kern aber wird auf geringe 10 bis 25 km zusammengestaucht, obwohl er immer noch ein bis zwei Sonnenmassen hat. Die Atome werden zur höchsten im Weltraum feststellbaren Dichte zusammengestaucht und neutralisiert, und weil der frühere Rotationsdruck bleibt, drehen sich solche Sterne oft tausendfach in einer Sekunde. Nur wegen der ungeheuren Dichte fliegen die Materieteilchen nicht in alle Welt. Es entstehen unvorstellbar starke Magnetfelder, Lichterscheinungen wie Pulsare durchstechen das Weltall und streifen manchmal die Erde rhytmisch in rasendem Tempo. Und trotz alledem glühen auch Neutronensterne aus, in nur hundert Tausenden von Jahren werden sie zu Staub und Asche und auf diese Weise wieder zur materia prima für neue Sterne.

Wenn ein Stern etwa um 40 Sonnenmassen groß ist, gibt es am Ende auch eine gewaltige Explosion der äußeren Hüllen in den Kosmos hinaus und zugleich das blitzhafte Implodieren des inneren Kerns - allerdings zu einem "Schwarzen Loch". Damit ist ein Objekt gemeint, das in seiner unmittelbaren Umgebung (Ereignishorizont) eine so starke Gravitation entfaltet, dass es alles an Materie und Strahlung verschlingt. Dies gilt auch für Licht und magnetische Strahlung, die wie Materie und Energie nie mehr aus dem schwarzen Loch entweichen können. Da diese Gebilde eben schwarz und unsichtbar sind, kann man sie auch nur wegen mancher begleitender Umstände feststellen. Sie gehören zu den mysteriösesten Gebilden des Universums und sind noch wenig erforscht.

 

Sonnenflecken - Sonne Erde Größenvergleich
Foto-Vergleich für die Größe
von Erde und Sonne.


Das blaue Pünktchen Erde links
ist allein vom Durchmesser her
fünfmal kleiner als
der große Sonnenfleck rechts.

 

 

Riesensterne rote Riesen

Größenvergleich
Sonne und rote Riesen (Beteigeuze)


Wie winzig klein ist unsere große Sonne im Vergleich zu Riesensternen! In etwa 5 Milliarden Jahren wird auch die Sonne sich aufblähen - ihr Durchmesser wird über hundertmal größer als jetzt. Dadurch werden die inneren Planetenbahnen bis zur Erde verbrannt und einverleibt! Im Augenblick des Sonnensterbens werden die äußeren Hüllen in den Kosmos geschleudert, der innere Kern stürzt in sich zusammen und leuchtet noch als "Weißer Zwerg" weiter - nach Jahrmillionen bleibt nur mehr ein dunkler kalter Haufen Staub übrig.