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Sterne

Sterne im Weltall

Was sind Sterne? Aus was bestehen Sterne? Sind Sterne Sonnen? Seid der Mensch die Sterne am Nachthimmel beobachtet, sucht er Antworten auf diese uralten Fragen. Erst die Astronomie entdeckte, dass Sterne ferne Sonnen sind. Auch unsere Sonne ist ein Stern. Die wissenschaftliche Definition lautet: Sterne sind massereiche, selbstleuchtende Himmelskörper, die überwiegend aus Plasma (Gemisch aus neutralen und geladenen Teilchen, z. B. Ionen, Elektronen, etc.)) bestehen. Der sogenannte vierte Aggregatzustand Plasma kommt viel häufiger vor als die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig. Im Universum befindet sich mehr als 99 % der gesamten sichtbaren Materie noch im Plasmazustand. Bereits in der Antike wurden Sterne in Bezug auf ihre Helligkeit in Größenklassen eingeteilt. Der griechische Astronom Hipparch teilte die Sterne in 6 Größenklassen ein (Helligkeit = Größe). Klasse eins waren die hellsten und größten Sterne, usw. ein Stern der Größenklasse 6 war mit bloßem Auge in einer mondlosen Nacht gerade noch zu erkennen. Erst die Teleskope, z. B. das Weltraumteleskop Hubble, machten Sterne sichtbar, die bis dahin mit bloßem Auge nicht zu erkennen gewesen waren. Damit war auch die alte Einteilung der Größenklassen hinfällig. Die moderne Astrophysik teilt die Sterne heutzutage in sieben Spektralklassen (Leuchtstärken) ein, wobei jede Klasse noch 10 weitere Unterklassen hat. Es gibt die Spektralklassen O, B, A, F, G, K, und M. Die Unterklassen werden mit einer Zahl vermerkt. Die Sonne gehört beispielsweise zur Spektralklasse G2. Heute weiß man, dass die Farbe mit der ein Himmelskörper leuchtet, auch seine Temperatur verraten kann. Die Farben werden von Astrophysikern sozusagen als astronomische Thermometer genutzt. Ein heisser Stern ist leuchtkräftiger als ein kühler Stern. Farbe und Temperatur eines Stern hängen wie folgt zusammen:

  • Typ O: Temperatur bis zu 30.000 Kelvin, Farbe Violett-Weiß
  • Typ B: Temperatur bis zu 10.000 Kelvin, Farbe Blau-Weiß
  • Typ A: Temperatur bis zu 7.500 Kelvin, Farbe Weiß
  • Typ F: Temperatur bis zu 6.000 Kelvin, Farbe Gelb-Weiß
  • Typ G: Temperatur bis zu 4.500 Kelvin, Farbe Gelb
  • Typ K: Temperatur bis zu 3.500 Kelvin, Farbe Gelb-Rot
  • Typ M: Temperatur bis zu 2.000 Kelvin, Farbe Rot

Daneben gibt es noch Sterne die keiner der üblichen Spektralklassen zugeordnet werden, sondern in einem eigenen Typ klassifiziert sind. Zum Beispiel Novae (Typ Q), Planetarischer Nebel (Typ Pv), Wolf-Rayet-Sterne (Typ W). Die heißesten Sterne sind die Zentralsterne der Planetarischen Nebel mit Oberflächentemperaturen zwischen 100.000 Kelvin und 50.000 Kelvin. Das Lichtspektrum dieser Sterne erscheint violett.

Wie entstehen Sterne?

In der Milchstraße und in anderen Galaxien gibt es gewaltige Wolken von interstellarem Gas (Nebel). Diese Wolkengebilde waren für Astronomen lange Zeit rätselhaft. Genauere Untersuchungen haben ergeben, dass es sich um Molekülwolken handelt, die aufgrund ihrer Größe, Dichte und Temperatur die Bildung von Molekülen ermöglichen. Der Grundbaustoff aller Sterne, Wasserstoff, liegt in den Dunkelwolken in Form von Molekülen vor. Besonders dichte und kalte Molekülwolken sind als Dunkelwolken (undurchsichtige Wolken) bekannt. Molekülwolken enthalten alles notwendige Material für die Entwicklung eines Sterns. Aus den in den Wolken enthaltenen Wasserstoffmolekülen kann sich durch gravitative Kompression einen Stern formen. Die Wolken sind damit der Geburtsort eines Sterns. So zum Beispiel der Carina-Nebel, der eines der aktivsten Sternentstehungsgebiete der Milchstraße ist. Ein anderes Beispiel ist der Orionnebel in unserer Galaxie. In ihm wurden noch sehr junge Sterne (höchstens 30.000 Jahre alt) entdeckt. Die Nebelwolken bestehen überwiegend aus Wasserstoff. Die Gravitation bewirkt dass sich die Gasteilchen in der Wolke gegenseitig anziehen. Die Wolke wird allmählich immer kleiner und dichter – sie wird zu einer kompakten Kugel aus Gas. Durch die Gravitationskontraktion erhöht sich der Druck in der Wolke. Mit dem zunehmenden Druck steigt auch die Temperatur. Ab einem bestimmten Hitzegrad fangen die Wasserstoff-Atome dann an, miteinander zu verschmelzen, und setzen dadurch Energie frei. Der Stern beginnt zu leuchten. Die thermische Reaktion im Inneren des jungen Sterns erzeugt Gegendruck. Der Stern wird nicht weiter komprimiert, sondern formt sich zu einer stabilen Gaskugel. Meistens entstehen aus einer Wolke mehrere Sterne gleichzeitig. Diese werden durch die Gravitation zusammengehalten, umkreisen sich und bilden sogenannte Doppel-, Dreifach- oder Mehrfachsternsysteme. Ca. 60-70 % aller Sterne in der Milchstraße sind Teil von Doppel- oder Mehrfachsternsystemen. Ein bekanntes Dreifachsternensystem ist Alpha Centauri, bestehend aus dem Doppelstern Alpha Centauri A und B sowie dem das Doppelsystem umkreisenden Proxima Centauri.

Warum leuchten Sterne?

Tagsüber sind Sterne nicht zu sehen, denn dann ist das Licht der Sonne heller als ihres. Das ein Stern leuchtet ist eine Folge der in seinem Inneren stattfindenden Kernfusion. Die Kernfusion ist Ursache dafür, dass alle leuchtenden Sterne, also auch die Sonne, Energie in Form von Wärme und Licht abstrahlen. Das Brennmaterial für Sterne ist der Wasserstoff. Am Anfang einer Sternentwicklung steht immer die Phase des Wasserstoffbrennens. Dabei prallen Protonen, die Atomkerne des Wasserstoffs, mit so viel Geschwindigkeit ineinander dass sie sich unter Energiefreisetzung zu Helium verbinden. Wenn im Kern des Sterns der Wasserstoff knapp geworden ist, beginnt die Fusion von Helium. Dieser Prozess beginnt erst beim Eintritt in die letzte Phase einer Sternentwicklung, nachdem in Kernbereich des Sterns der ganze Wasserstoff durch das Wasserstoffbrennen zu Helium fusioniert wurde. Der erhöhte Strahlungsdruck während des Heliumbrennens führt zu einem Aufblähen der äußeren Sternschichten. Aufgrund der größeren Oberfläche kommt es zu einer Abkühlung und das Licht- bzw. Strahlungsspektrum des Sterns verschiebt sich in Richtung einer längeren Wellenlänge (Farbe rot). In diesem Zustand wird der Stern von den Astronomen als roter Riese bezeichnet. Der rote Riese ist ein alternder Stern, hat aber eine sehr große Leuchtkraft. Daher sind rote Riesen im Vergleich zu anderen Sternen noch aus sehr großer Entfernung zu sehen. Insbesondere unter den hellen, mit bloßem Auge sichtbaren Sternen sind die roten Riesen besonders stark vertreten. Bekannte rote Riese sind zum Beispiel Aldebaran (Sternbild Stier) und Beteigeuze (Sternbild Orion).

Eine Übersicht sehr bekannter Sterne