Sterne

Als Sterne wurden ursprünglich alle am Himmel sichtbaren Lichtpunkte bezeichnet. Sehr früh wurden jedoch Planeten, Asteroiden und Kometen als von den Sternen verschieden erkannt. Heute gelten alle jene Himmelskörper als Sterne, in denen auf Grund ihrer großen Masse Kernverschmelzung (Kernfusion) stattfindet oder stattgefunden hat. Auch unsere Sonne ist ein Stern, sie ist nur so viel näher zur Erde als alle anderen Sterne, sodass sie uns scheiben- und nicht punktförmig erscheint.

Wie gewinnen wir Information über Sterne?

In den vielen Jahrhunderten der Sternbeobachtung durch Menschen konnte bis 1930 nur das von den Sternen ausgesandte sichtbare Licht beobachtet werden. Größe und Qualität der Teleskope verbesserten sich aber ständig weiter und erlaubten schließlich systematische Messungen der Lichtspektren und der Helligkeit was zu einer ersten Klassifikation der Sterne führte (Hertzsprung-Russel Diagramm).

Durch eine rasante technische Entwicklung ist es heute möglich neben dem Licht das gesamte Spektrum der von den Sternen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung von Radiowellen, Infrarot-, Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlung durch spezielle Teleskope zu beobachten, sei es auf der Erde, oder durch Erdsatelliten im Weltraum. Das 1990 in Betrieb genommene und weiterhin aktive Hubble Teleskop ist wohl das bekannteste der im Weltraum stationierten Geräte, dessen Beobachtungsdaten unser astronomisches Wissen revolutionierte.

Sind Sterne für uns von Bedeutung?

Die Sterne haben eine wichtige Bedeutung für unser Leben, denn wir würden ohne Sterne einfach nicht existieren. In den Sternen werden durch Kernverschmelzung erst die Elemente erzeugt, die für das Leben unentbehrlich sind. Der Kohlenstoff unseres Gewebes, das Eisen in unserem Blut, das Kalzium in unseren Knochen, usw. wurden in den Zentren längst vergangener Sterne erschaffen. Durch Supernovaexplosionen wurden diese Elemente in den Weltraum geschleudert, wo sie dann als „Rohmaterial“ für die Bildung des Sonnensystems zur Verfügung standen. Die Erde, alle Lebewesen darauf und auch wir bestehen im wahrsten Sinne des Wortes aus Sternenstaub. Ohne Sterne gäbe es kein Leben.

Existieren die Sterne ewig?

Sterne entstehen durch das Zusammenziehen der Staub- und Gaswolken im Weltraum auf Grund der Gravitation und werden wie Lebewesen geboren. Wenn die Temperatur und Dichte im Inneren groß genug wird, zündet die Kernverschmelzung und ein Stern beginnt zu leuchten. Sie existieren eine Zeit lang und sterben dann. Nur ist die Lebensdauer der Sterne viel länger als die eines Lebewesens, nämlich Millionen bis Milliarden Jahre. Sie durchlaufen verschiedene Stadien der Kernverschmelzung und enden, wenn kein Brennstoff für die Fusion mehr zur Verfügung steht. Bei Sternen mit geringere Masse bleibt dann nur der innerste Teil der Sterne, ein so genannter Weißer Zwerg übrig. Sterne größerer Massen enden in gewaltige Sternexplosionen (Supernovae). Im Innersten bleiben als Reste dann entweder Neutronensterne oder Schwarze Löcher zurück. Eine solche Supernova-Explosion leuchten innerhalb der ersten Sekunde so hell wie Hunderte von Milliarden Sterne.

Was sind Neutronensterne?

Bei einer Supernovaexplosion wird mehr als die Hälfte der Masse des Sterns ins Weltall abgesprengt, während der Rest im Zentrum verbleibt. Ohne Kernfusion komprimiert die Schwerkraft die Materie auf die dichtest mögliche Packung, die etwa der Dichte eines Atomkerns entspricht. In einer solchen Packung verschmelzen die meisten Protonen und Elektronen der Atome zu Neutronen. Neutronensterne haben 1.5 bis 3 Sonnenmassen, dabei aber nur einen Durchmesser von etwa 20 km. Die Konzentration der Rotation auf ein so kleines Objekt bewirkt eine extrem rasche Drehung von Neutronensternen von einigen bis einige hundert Malen pro Sekunde. Dabei kann von Neutronensternen ein enger Kegel elektromagnetische Strahlung hoher Energie wie das Feuer eines Leuchtturms abgestrahlt werden. Solche Neutronensterne werden als “Pulsare” bezeichnet, da die Strahlung die Erde im Takt der Sternrotation trifft.

Gibt es Schwarze Löcher?

Schwarze Löcher sind Himmelskörper, die so dicht sind, dass nichts mehr, nicht einmal das Licht, daraus entkommen kann. Man nimmt heute an, dass es verhältnismäßig kleine Schwarze Löcher gibt, die nur wenige Sonnenmassen haben und bei der Supernova-Explosion eines Sterns entstehen. Daneben gibt es aber im Zentrum von Galaxien, wahrscheinlich auch in unserer Heimatgalaxie, Schwarze Löcher gewaltigen Ausmaßes mit millionen- bis milliardenfachen Sonnenmassen. Da Schwarze Löcher kein Licht aussenden, können sie nicht direkt beobachtet werden. Allerdings wirken sie auf ihre Umgebung durch gewaltige Gravitationskräfte. Der Nachweis ihrer Existenz folgt aus der Erhitzung von Materie, die vom Schwarzen Loch verschluckt wird, oder durch die Beobachtung anderer Sterne, die mit großer Geschwindigkeit um das unsichtbare Schwarze Loch kreisen.

Theoretische Untersuchungen physikalischer Prozesse, die an den "Horizonten" Schwarzer Löcher stattfinden (also dort, wo masselose Teilchen gerade noch der Schwerkraft entkommen können), sagen voraus, dass Schwarze Löcher doch Energie verlieren können. Diese "Hawking Strahlung" ist für schwere Schwarze Löcher extrem gering, während "Mini-Löcher", wie sie vielleicht am LHC erzeugt werden könnten, innerhalb kürzester Zeit zerstrahlen müssten. Eine Beobachtung solcher Prozesse am LHC wäre eine Bestätigung der theoretischen Versuche, Allgemeine Relativitätstheorie und Quantentheorie zu vereinen.

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