Grundlagen der Astrophysik

Geheimnisse des Kosmos

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Das bewegte Leben der Sterne

Sterne entstehen, sie wachsen oder schrumpfen, sie blähen sich auf und explodieren oder brennen irgendwann aus. Die verschiedenen Stern-Typen unterscheiden sich in ihrer Masse, Größe, Oberflächentemperatur und Leuchtkraft.

90 % aller Sterne sind Zwergsterne, gemäßigte Sonnen wie unsere. Ihr Durchmesser reicht von 0,1 bis 25 Sonnendurchmessern, sie besitzen 0,07 bis 50 Sonnenmassen. Die meiste Zeit verbringen Sterne als Hauptreihensterne, die ganz allmählich in ihrem Kern Wasserstoff zu Helium fusionieren und die so gewonnene Energie als Wärme und Licht abstrahlen. Wenn der Wasserstoff zur Neige geht, verändern sich die Sterne in Abhängigkeit ihrer Masse dramatisch. Bei Sterne mit weniger als einer halbe Sonnenmasse (Rote und Braune Zwerge) erlischt der Kern. Nach dem Schalenbrennen kühlen auch die Hüllen allmählich ab, bis sich der Stern unter seinem Eigengewicht zu einem Weißen Zwerg zusammenzieht und als Schwarzer Zwerg endet. Etwas schwerere Sterne blähen sich davor noch zu einem Roten Riesen auf, enden aber auch als Weißer Zwerg.

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Sehr schwere Sterne – ab etwa acht Sonnenmassen – enden in einer Supernova: Die Hüllen werden abgesprengt und übrig bleibt ein extrem komprimierter Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch.

Eine Supernova ist eigentlich kein Sterne-Typ, sondern das kurzzeitige, helle Aufleuchten eines massereichen Sterns am Ende seiner Lebenszeit durch eine Explosion, bei der der ursprüngliche Stern selbst vernichtet wird. Die Leuchtkraft des Sterns nimmt dabei millionen- bis milliardenfach zu, er wird für kurze Zeit so hell wie eine ganze Galaxie. Bekannte Supernovae sind die SN 1987A in der Großen Magellanschen und die Keplersche Supernova 1604.

Ein Neutronenstern steht am Ende seiner Sternentwicklung und stellt damit das Endstadium eines massereichen Sterns dar, dessen wesentlicher und namensgebender Bestandteil Neutronen sind. Es handelt sich um eine Kugel mit einem typischen, im kosmischen Maßstab geringen Durchmesser von etwa 10 bis 20 km mit Massen zwischen etwa 1,2 und 2,0 Sonnenmassen. Somit sind Neutronensterne extrem kompakt. Die mittlere Dichte eines Neutronensterns liegt bei etwa 3,7 bis 5,9*1017 kg/m³ (ein Atomkern besitzt eine Dichte von etwa 3*1017 kg/m³). Ein Neutronenstern sendet kaum mehr Licht aus, in seinem Inneren finden keine Prozesse mehr statt. Dafür ist er ausgesprochen stabil.

Neutronensternen gilt intensives Forschungsinteresse, da Details ihres dynamischen Verhaltens und ihrer Zusammensetzung noch unbekannt sind und an ihnen Materie-Eigenschaften unter den extremsten in der Natur beobachtbaren Bedingungen untersucht werden können.

Pulsare (Kunstwort aus engl. pulsating source of radio emission „pulsierende Radioquelle“) sind Neutronensterne mit extremen Magnetfeldern, die sich bis zu tausendmal pro Sekunde drehen (Rotationsdauer liegt zwischen 0.01 und 8 Sekunden). Durch die starken Magnetfelder senden Pulsare genau im Takt ihrer Rotation sehr regelmäßig elektromagnetische Wellen aus, die als Radiowellen messbar sind. Pulsare strahlen hauptsächlich im Radiofrequenzbereich, manchmal bis in den Röntgenbereich.

Hat der Eisenkern bei einer Supernova mehr als drei Sonnenmassen, kollabiert er nicht zu einem Neutronenstern, sondern zu einem Schwarzen Loch. Durch ihre starke Gravitation krümmen Schwarze Löcher den Raum um sich herum. Daher verlaufen Lichtstrahlen in ihrer Umgebung nicht mehr geradlinig, sondern werden gebogen. Die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein hatte solche Raumkrümmungen vorhergesagt und Astronomen konnten diese inzwischen vielfach durch Himmelsbeobachtungen bestätigen. Je größer die Anziehungskraft eines Objekts, desto größer auch der Ablenkeffekt – bis die Lichtstrahlen bei einem Schwarzen Loch auf eine Kreisbahn gezwungen werden und dieses nicht mehr verlassen können.

Die gesamte Masse eines Schwarzen Lochs konzentriert sich in einem einzigen Punkt mit unendlich hoher Dichte und unendlich starkem Gravitationsfeld, einer sogenannten Singularität. Dennoch lässt sich diesen Objekten eine Größe zuordnen, dafür verwenden Astronomen den Ereignishorizont. Jenseits dieser Grenze kann weder Licht noch Materie dem Schwarzen Loch entkommen. Schwarze Löcher unterscheiden sich untereinander besonders durch ihre Masse und in ihrer Entstehungsgeschichte und werden entsprechend in verschiedene Gruppen eingeteilt. Auch im Zentrum der Milchstraße befindet ein Schwarzes Loch.

Literatur:

http://www.br-online.de/wissen-bildung/spacenight/sterngucker/deepsky/typen-extreme-schwarzeloecher.html

http://www.weltderphysik.de/gebiet/astro/

http://www.wikipedia.de

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Über den Autor

Dr. Anna-Lena Gutberlet

Dr. Anna-Lena Gutberlet

Freiberufliche Autorin