Letzte Aktualisierung: 29. Dezember 2023

Das Leben der Sterne

Bildbeschreibung: Im orange-weißen Fleck in der Mitte dieses Bildes befinden sich zwei aktiv entstehende Sterne. Beide Sterne sind tief in einer Gas- und Staubscheibe vergraben, die ihr Wachstum fördert.JWSTDas James Webb-Weltraumteleskop der NASA (Public Domain).

Vom Zusammenbruch des Nebels bis zur verheerenden Explosion ...

ASternentsteht aus einem Nebel, einer riesigen Masse interstellaren Gases und Staubs, die bereits die Überreste alter Sterne sind.
Die Haupthypothese für die erste Generation von Sternen ist, dass sie aus einem Urgas entstanden sind, das hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestand und keine nennenswerten Spuren schwererer Elemente enthielt.

- Die erste Phase im Leben eines Sterns ist der gravitative Zusammenbruch des Nebels unter dem Einfluss äußerer Kräfte oder Störungen.
Äußere Kräfte oder Störungen können Stoßwellen von nahegelegenen Supernovae oder Sterneruptionen sein. Diese Störungen können auch durch gravitative Wechselwirkungen mit anderen Sternen oder durch ionisierende Strahlung benachbarter Sterne verursacht werden.
All diese Phänomene führen zur Bildung eines dichten Kerns und schaffen Bereiche mit Materiekonzentration, die die Bildung von Protosternen begünstigen. Diese Prozesse, die einen Nebel komprimieren können, lösen letztendlich einen Gravitationskollaps aus.

- Wenn der Protostern in sich zusammenfällt, steigen Temperatur und Druck schnell an. Dieser Anstieg ist eine Funktion des Umkehrquadrats des Radius, obwohl die spezifische Beziehung von vielen anderen komplexen Faktoren im Zusammenhang mit der Sternphysik abhängt.
Die mit Kernreaktionen verbundene Fusionstemperatur von Wasserstoff im Sternkern muss 150 Millionen Grad Celsius erreichen, um die Coulomb-Barriere zu überwinden. Dank des Tunneleffekts beginnen die Kernreaktionen der Wasserstofffusion zu Helium jedoch bereits vor Erreichen dieser Temperatur. Sie werden bei etwa 15 Millionen Grad beginnen.
Der Tunneleffekt ist ein bekanntes Quantenphänomen der Quantenmechanik. Es entsteht, wenn Teilchen eine klassisch undurchdringliche Energiebarriere durchdringen.
Dies ist der Beginn der Hauptsequenzphase, in der der Stern durch Kernfusion enorme Energiemengen erzeugt.

- Im Laufe der Zeit verbraucht der Stern seinen Wasserstoff, was zu Veränderungen in seiner inneren Struktur führt.
Für mittelgroße Sterne wie die Sonne markiert dies den Beginn der Expansion zum Roten Riesen.
Wenn sich der Kern zusammenzieht, steigt die Temperatur so weit an, dass das Helium zu schwereren Elementen zu verschmelzen beginnt. Dies geschieht in einer Hülle um den Kern.
Wenn Helium in der Hülle verschmilzt, erzeugt die freigesetzte Energie einen erheblichen Druck, der dazu führt, dass die äußeren Schichten des Sterns anschwellen. Die äußere Hülle des Sterns dehnt sich aus und es wird kälter, wodurch der Stern ein rötliches Aussehen erhält.
Diese Ausdehnung ist hauptsächlich auf die Zunahme der Leuchtkraft des Sterns und den Druck zurückzuführen, der durch die Heliumfusion in der Hülle entsteht. In dieser Phase kann der Stern auch einen erheblichen Teil seiner Masse in Form von Sternwinden verlieren. Diese Sternwinde schleudern äußere Schichten des Sterns in den interstellaren Raum.

- Die Reihenfolge der Fusionsreaktionen hängt von der Masse des Sterns ab.
Bei massereicheren Sternen wird die Fusion mit schwereren Elementen fortgesetzt. In dieser Phase erfolgt die Fusion von Wasserstoff (H) zu Helium (He) im Kern des Sterns. Dann Helium (He) in Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O), dann Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O) in Neon (Ne) und Magnesium (Mg). Noch massereichere Sterne verschmelzen weiterhin schwerere Elemente und erzeugen dabei Silizium (Si) und Schwefel (S). Schließlich entsteht durch die Fusion von Silizium (Si) Eisen (fe). Dies ist ein entscheidender Schritt, da bei der Eisenfusion keine Energie freigesetzt, sondern absorbiert wird. Das bedeutet, dass die Fusion aufhört, wenn der Kern eines Sterns eine erhebliche Eisenkonzentration erreicht, und der Stern nicht mehr den Druck aufrechterhalten kann, der erforderlich ist, um die Gravitationskraft auszugleichen.

- Bei noch massereicheren Sternen löst die Ansammlung von Eisen im Kern einen plötzlichen Gravitationskollaps aus. Dieser plötzliche Zusammenbruch löst eine Supernova aus, also eine katastrophale Explosion, die eine phänomenale Energiemenge freisetzt. Es ist diese kolossale Energiemenge, die die Bildung schwererer Elemente durch Neutroneneinfang ermöglicht.
Durch das Einfangen von Neutronen entstehen Elemente, die schwerer als Eisen sind. Atomkerne können zusätzliche Neutronen einfangen und so instabile Isotope bilden, die dann in schwerere Elemente zerfallen. Auf diese Weise können Elemente wie Uran, Platin, Gold und viele andere gebildet werden.

Manchmal entstehen Neutronensterne oder Schwarze Löcher, abhängig von der Restmasse des ursprünglichen Sterns.

Alle so entstandenen Überreste alter Sterne werden den interstellaren Raum befruchten.
Andere Gas- und Staubnebel können unter dem Einfluss äußerer Kräfte oder Störungen kollabieren und so den Zyklus der Sternentstehung fortsetzen.

Letztendlich hängt das Schicksal eines Sterns von seiner Masse ab, wobei jede Phase von komplexen physikalischen Prozessen im Zusammenhang mit Schwerkraft, Druck, Temperatur und Kernfusion bestimmt wird.