Sterne

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Die Sterne

Sterne sind leuchtende Gaskugeln, die ihre Energie im Inneren eines heißen Kerns durch Kernfusion erzeugen.

Die kleinste Masse zur Bildung eines Sterns liegt bei rund 1/21 Sonnenmassen. unterhalb dieser Grenze reicht die Schwerkraft der sich zusammenballenden Massen nicht aus, um die Materie auf eine Temperatur aufzuheizen, bei der die Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium einsetzten kann. Die bislang schwersten bekannten Sterne bringen es nicht über 60 Sonnenmassen. Die Masse eines Sterns gehört zu den wichtigsten Faktoren, die Temperatur und Leuchtkraft während seiner Zeit als Hauptreihenstern bestimmen, wobei dem Wasserstoffvorrat im Kern die Rolle des nuklearen Brennstoffs zukommt.

Sterne setzen sich hauptsächlich aus Wasserstoff mit Beimengungen von Helium zusammen. Bei der Sonne, die in vielerlei Hinsicht als typischer Durchschnittsstern gelten kann, bestehen 94 Prozent der Atome aus Wasserstoff, 5,9 Prozent aus Helium und weniger als 0,1 Prozent aus anderen Elementen. Bei der Verteilung der Gewichtsanteile in der Sonnenmaterie liegen 73 Prozent beim Wasserstoff, 25 Prozent beim Helium, 0,8 Prozent beim Kohlenstoff, 0,3 Prozent beim Sauerstoff, und die restlichen 0,9 Prozent verteilen sich auf andere Elemente.

Wenn die Wasserstoff im Kern erlischt, weil der Brennstoff aufgebraucht ist, kommt es zu drastischen Umstrukturierungen im Stern, in deren Verlauf dieser auf die veränderte Situation reagiert. Der träge Kern des Sterns beginnt rasch zu kontrahieren. Dadurch wird Gravitationsenergie freigesetzt, die die umhüllende Wasserstoffschale so weit aufheizt, dass die Wasserstoff-Fusion erneut einsetzen kann - allerdings spielt sich die Fusion diesmal nur in einer Kugelschale um den Kern ab. Die wieder entfachte Energie läst die äußeren Schichten des Sterns immer weiter anwachsen. Die Gasschichten dehnen sich dabei aus, kühlen an, und der Stern entwickelt sich zu einem Roten Riesen. Das Wechselspiel von sich ausdehnender Größe und sinkender Temperatur sorgt für eine relativ konstante Leuchtkraft.

Inzwischen jedoch zeiht sich der Heliumkern weiter zusammen, bis eine Temperatur von 100 Millionen Grad erreicht ist. Jetzt setzt die atomare Verschmelzung von Helium in Kohlenstoff und Sauerstoff ein - die Phase des Heliumbrennens ist erreicht.

Schließlich sammelt sich das Helium im Kern an. Was nun passiert, hängt entscheidend von der Masse des Sterns ab. bei massereichen Sternen bewirkt die jeweils auf die Erschöpfung der Energiereserven folgende Kernkontraktion ein erneutes Zünden der Brennstoffasche. Das führt schließlich dazu, dass sich im Zentrum des Stern Eisen - als letztes Glied in der Fusionskette - angereichert hat, während der Kern von Schalen umgeben ist, in denen gleichzeitig Silizium, Sauerstoff, Kohlenstoff, Helium und ganz außen Wasserstoff verbrennt. Konnte sich im Inneren des Stern ein Einsenkern von mindestens einer Sonnenmasse bilden, kann eine völlig neue Reaktionskette einsetzen. In diesem Entwicklungsstadium kann der Kern plötzlich so weit in sich zusammenfallen, dass es zu einer Implosion mit katastrophalen Auswirkungen kommt: dem Ausbruch einer Supernova. Übrig bleibt vom Stern lediglich der extrem verdichtete Kern, aus dem sich ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch bildet.

Bei masseärmeren Sternen wie der Sonne erreicht die Temperatur im Innern nicht jene Werte, bei denen innerhalb der Schalen Wasserstoff zu Helium verbrennt. Es kommt zu Instabilitäten, worauf der Stern seine äußeren Sichten vom Kern abstößt. Diese bilden eine expandierende Gasschale, woraus schließlich einsog. Planetarischer Nebel entsteht, dessen Bestandteile sich mit der Zeit immer mehr ins All verflüchtigen. Zudem verlieren wohl die meisten der Sterne erheblich an Masse, da während ihrer späteren  Entwicklungsstadien ein kräftiger Sternwind einsetzt.

Der übriggebliebene Kern kühlt ab und schrumpft, während seine Dichte ständig steigt. schließlich hat er die Größe der Erdkugel erreicht. Die Materie ist nun so verdichtet, dass sie entartet und sich ein Weißer Zwerg bildet. Von nun an sind alle Energiequellen erschöpft, der Weiße Zwerg strahlt seine restliche Wärme ab und Kühlt langsam aus.


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