Das Ableben einiger Sterntypen – Teil 1 von 2

Außer diesem Beitrag erwartet euch eine Revision des bereits hochgeladenen Beitrags über die Polarlichter, welchen ich „Aurora | Polarlichter“ nannte. Die Revision wird Heute oder wahrscheinlich erst Morgen erscheinen. Diese Thematik haben wir in der AIG-Media ausgewählt für unser zweites Video auf YouTube. Und im Zuge dessen habe ich den Beitrag nochmal verbessert, denn dort waren u.a. sogar zwei unvollständige Absätze zu finden, die ich ja gar nicht zu Ende gedacht habe. Die Arbeiten, um diesen Beitrag als Video zu kreieren, waren ziemlich spaßig ☺.

Kurz nach dem das Universum entstand und nur wenige Millionen Jahre sind zwischen dem Durchsichtigwerden des Universums bis sich Strukturen ausgebildet haben, schon vergangen sind, haben sich die ersten Sterne bilden können. Das war nur Dank winziger Dichtefluktuationen möglich, sowie der Einwirkung von Dunkler Materie und Dunkler Energie auf die gesamte sichtbare, baryonische Materie im Universum. Dunkle Materie sammelte sich nur da an, wo bereits eine große Ansammlung an Masse vorhanden ist. Daraus folgt eine noch schwerere lokale Ansammlung von Materie, was bedingt, dass dort noch mehr Materie hinwill. Andrerseits gab es eine bis dato noch unbekanntere Kraft im Universum, welche die großen Hohlräume zwischen den Galaxiensträngen antreibt sie zu vergrößern.

Ja und dann gab es die ersten Sterne im Universum. Sie waren kurzlebig und gigantisch! Sterne der Population III konnten 300 Sonnenmassen erreichen und das sind keine Ausnahmen, sondern die Regel. Weil es noch absolut kein Metall in den gerade entstehenden Galaxien gab, weil woher auch? Es gab kein Mechanismus, der irgendwie aus den drei Elementen, die es damals ausschließlich gab, schwerere Elemente zu erzeugen. Deshalb ist es möglich, dass noch kein Metall, oder Element schwerer als Lithium auch in der Materie enthalten ist, welche den Stern ausmacht. Man geht davon aus, dass deswegen die Sterne überhaupt so schwer werden konnten, obwohl Entdeckungen im Offenen Sternhaufen „RMC 136“ in der Großen Magellanschen Wolke vermuten lässt, dass sehr massereiche Sterne heutzutage immer noch begrenzt möglich sind. Über Population-III-Sterne wissen wir nicht sehr viel, denn es gibt keinen bekannten Stern dieser Population.

Population-II-Sterne enthalten schon sehr viel mehr schwerere Elemente. Sie sind den heutigen Sternen schon sehr ähnlich, enthalten aber immer noch ein Bruchteil Schwerelemente und unterscheiden sich damit von den Population-I-Sternen. Man findet auch heute noch Pop.-II-Sterne, und zwar besonders in Kugelsternhaufen. Von der Population II sind überwiegend Rote Zwerge und Rote Riesen vorhanden.
Population-I-Sterne sind die allermeisten Sterne in der Milchstraße. Sie haben viele Schwerelemente in sich und stimmen mit der Häufigkeit dieser schwereren Elemente im interstellaren Medium mehr oder weniger überein. Dazu zählen z.B. die Sonne, Vega, Deneb, Atair, Pollux, Rigel, Polaris, Prokyon, Alderamin, … einfach alle sichtbaren Sterne am irdischen Nachthimmel.

Alles klar? Heute will ich gar nicht so auf alle eingehen, sondern auf spezifische Fälle. Diesmal geht es um Rote Riesensterne. Wenn durchschnittlich große Sterne (0,3 bis ca. 10 Sonnenmassen) ihren Wasserstoffvorrat verbrauchen, geht die Teilchenzahl zurück (4 Protonen und Elektronen werden zu einem Heliumkern und zwei Elektronen), die mittlere Atommasse nach oben, und langsam die Leuchtkraft hoch. Der Kern verdichtet sich als Folge dessen. Die Kerntemperatur scheint direkt proportional zu der mittleren Atommasse im Kern zu sein. Deshalb kann die Fusion dadurch selbst gesteigert werden und das führt zu einer Leuchtkraftsteigerung. Wenn der Wasserstoffvorrat zuneige geht, verschwindet die Energieproduktion. Die Gravitation kann dem Gas- und Strahlungsdruck ein anderes Verhältnis bieten. Der Kern verdichtet sich also weiterhin. Jetzt ist es so, dass Hauptreihensterne nur den Wasserstoff des Kerns verbrennen. Bei dem Abschnitt des Prozesses kann nun der Wasserstoff in der Hülle fusionieren. Wenn die Sonne in etwa 4 Milliarden Jahre an diesen Punkt ankommt, wird die Leuchtkraft, sowie der Radius bereits beim Doppelten liegen. Durch dieses Wasserstoffschalenbrennen wird der Stern größer, die Hülle/Schale wird größer, kühlt aber trotz steigender Kerntemperatur aus. Da die Leuchtkraft direkt von der Leuchtkraft und dem Radius abhängt, ändert sich die Leuchtkraft in dieser Phase nicht, oder nur sehr geringfügig. Die Sonne wäre in diesem Stadium ein gelber Unterriese. Im HRD bewegt sich der Unterriese parallel zur Temperaturachse nach rechts. Die Sonne hat in dieser Phase die Hauptreihe bereits verlassen.

Wenn die Temperatur immer weiter sinkt, reicht die Wasserstoffkonvektionszone immer tiefer in den Stern hinab. Bei der Sonne liegt diese Konvektionszone noch ziemlich nah der „Oberfläche“. Nun kann das fusionierte Helium auch an die Oberfläche (Photosphäre) gelangen und das Spektrum des Sterns signifikant verändern. Der Unterriese wird zum Roten Riesen. Zu dem Zeitpunkt dürfte die Sonne etwa 10,7 Milliarden Jahre alt sein. Von diesem Punkt an beschleunigt sich das Geschehen immens. Durch das immer noch währende Wasserstoffschalenbrennen nimmt die Masse des Heliumkerns drastisch zu, wodurch die weiter oben beschriebenen Effekte der Erhöhung der mittleren Atommasse und Verringerung der Teilchenzahl stärker greifen. In den nächsten Hunderten von Millionen Jahren wächst der Sternwind stark zu, das ist so, weil die Leuchtkraft sich ja weiter erhöht, sowie die Oberflächentemperatur weiter absinkt und die Hülle sich weiter ausdehnt. Folglich steht eine Vergrößerung der Leuchtkraft, des Strahlungsdrucks, der geringen Oberflächenschwerkraft gegenüber, welches einen zunehmend starken Sternwind möglich macht. Die Sonne hat hier etwa 10 jetzige Sonnenradien, sowie eine Leuchtkraft von 35 jetzigen Sonnenleuchtkräften. Der Sternwind generiert hier einen Massenverlust von etwa 10-10 Sonnenmassen, welcher Verlust bereits 104-mal so hoch ist wie aktuell schon bei der Sonne.

50 Millionen Jahre braucht ein sonnenähnlicher Stern jetzt, um das erste Leuchtkraftmaximum zu erreichen. Der nun zurückgelegte Weg wird als „Erster Riesenast“ bezeichnet. Das bisherige Vorgehen des Sterns spitzt sich zu, das Spektrum ist nun von G nach M abgerutscht, der Radius des Sterns ist unzweifelhaft um das 100 bis 150fache angestiegen, kommt drauf an, welcher Stern wir behandeln. Die Leuchtkraft unserer Sonne dürfte nun etwa das 1500fache vom jetzigen Zustand betragen. Der Massenverlust durch den Sternwind ist nochmals um das etwa 100 bis 1000fache angestiegen. Das ist ungefähr zweimal die Masse des Monds in einem Jahr. Wow. Auch der Kern hat jetzt eine Dichte, die bereits an Weiße Zwerge erinnert. 700 Tsd. Tonnen kommen auf einem Kubikmeter. Das sind immerhin noch 700 Gramm auf einem Kubikmillimeter. Wenn diese Dichte im Kern etwa erreicht ist, setzt der Helium-Flash ein. Die Dichte, Temperatur und Druck stimmt nun im Kern, um einen Fusionsprozess bei Helium beginnen zu lassen. Die Energiebeute des Heliumbrennens komme sehr stark auf die Temperatur an (von deren 30. Potenz schreibt die Wikipedia). Dadurch kommt eine hohe Temperatur sehr rasch zustande. Wenn die Kerntemperatur genügend hoch ist, wird die Entartung der Kerntemperatur aufgehoben, eine Temperaturabhängigkeit des Gasdrucks entsteht. Der Gasdruck entlädt sich dann in einer heftigen Explosion. Die Hülle kann der Stern auffangen, jedoch wird die äußerste, kühlste Schicht des Sterns mitgerissen. Es kommt nicht zu einer Supernova. Die allgemeine Expansion der äußeren Schichten lässt den Kern wieder abkühlen und die Fusion wird über einen langen Zeitraum stabil. Der Kern des Roten Riesens fusioniert nun Helium zu Kohlenstoff.

Eine Fortsetzung folgt in einigen Tagen. Einer der Hauptthemen wird die Supernova des Typs II sein.

Ich konnte erstmal noch keine guten Bilder finden, ich suche morgen noch weiter nach Bildern.

Quellen:

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