Wissenschaft

Was ihr schon immer über die Sterne wissen wolltet

Die leuchtenden Punkte am Nachthimmel führen ein turbulentes Leben und helfen Wissenschaftlern dabei, das Universum zu vermessen. Montag, 25 März

Von Catherine Zuckerman

„Strahle, strahle, gigantische Kugel aus Gas“ wäre wohl eine wissenschaftlich korrektere Version des bekannten Kinderliedes „Funkel, funkel, kleiner Stern“.

Sterne sind gewaltige Himmelskörper, die größtenteils aus Wasserstoff und Helium bestehen und durch die stellare Kernfusion in ihrem Inneren Licht und Wärme produzieren. Abgesehen von unserer eigenen Sonne sind alle Sterne, die wir am Nachthimmel sehen können, Lichtjahre von der Erde entfernt. Sie sind gewissermaßen die Bausteine der Galaxien, von denen es im Universum wohl viele Milliarden gibt. Es lässt sich unmöglich feststellen, wie viele Sterne existieren, aber Astronomen schätzen, dass es allein in unserer Milchstraße etwa 300 Milliarden sind.

Die Geburt eines Sterns

Das Leben eines Sterns spielt sich über Milliarden von Jahren ab. Als Faustregel lässt sich sagen: Je massereicher der Stern, desto kürzer seine Lebensdauer.

Geboren werden Sterne in wasserstoffbasierten Staubwolken, die wir als Nebel bezeichnen. Im Laufe von Jahrtausenden kollabieren kleine Bereiche dichter Materie innerhalb des Nebels aufgrund ihrer Schwerkraft. Aus einigen dieser Gasmassen, die sich langsam verdichten, entstehen sogenannte Protosterne. Da sie für gewöhnlich vom Staub des Nebels verdeckt werden, sind sie für Astronomen schwer zu entdecken.

Wenn die Protosterne schrumpfen, rotieren sie durch die Erhaltung des Drehimpulses schneller – ähnlich wie man es bei Eiskunstläufern beobachten kann, die sich schneller drehen, wenn sie ihre Arme einziehen. Durch den erhöhten Druck steigt auch die Temperatur. Während dieser Zeit tritt der Stern in das vergleichsweise kurze T-Tauri-Stadium ein.

Einige Millionen Jahre später, wenn die Kerntemperatur des Sterns auf 15 Millionen °C gestiegen ist, beginnt die Kernfusion. Dann entzündet sich der Kern und der Stern tritt in seine nächste und längste Lebensphase ein, die sogenannte Hauptreihenphase.

Die meisten Sterne in unserer Galaxie, darunter auch unsere Sonne, befinden sich in dieser Phase, in der sie durch Kernfusion Wasserstoff in Helium umwandeln und Röntgenstrahlen absondern. Dieser Prozess setzt eine gewaltige Energiemenge frei, die dafür sorgt, dass der Stern weiterhin heiß brennt und hell leuchtet.

Nicht alles, was glänzt ...

Manche Sterne leuchten heller als andere. Ihre Leuchtkraft gibt an, wie viel Energie sie abstrahlen und wie weit sie von der Erde entfernt sind. Auch die Farbe kann von Stern zu Stern variieren, da nicht alle gleich heiß brennen. Besonders heiße Sterne strahlen weiß oder blau, während kühlere Sterne rötlich oder orange wirken.

Überträgt man diese und andere Variablen auf das sogenannte Hertzsprung-Russell-Diagramm, können Astronomen Sterne in Gruppen einteilen. Neben den Unterzwergen und Weißen Zwergen gibt es die normalen Zwerge (das sind die Hauptreihensterne), Unterriesen, Riesen, helle Riesen und schließlich die Überriesen und Hyperriesen. Schon Überriesen können einen Radius haben, der das Tausendfache des Sonnenradius beträgt.

Etwa 90 Prozent ihrer Brenndauer verbringen Sterne in der Hauptreihenphase. Unsere Sonne gilt mit ihren schätzungsweise 4,6 Milliarden Jahren als durchschnittlich großer, gelber Zwergstern. Astronomen zufolge wird sie noch einige Milliarden Jahre lang in ihrer Hauptphase verweilen.

Wenn ein Großteil ihres Heliums verbraucht ist, nähern sich Sterne ihrem Lebensende. Das Helium sinkt dann ins Zentrum des Sterns und erhöht dessen Temperatur. Dadurch dehnt sich die äußere Gasschicht aus. Diese roten, anschwellenden Sterne heißen dann Rote Riesen. Je nachdem, wie massereich ein Stern ist, können ihm unterschiedliche Enden bevorstehen.

Rote Riesen sind die Vorstufe eines Prozesses, bei dem ein Stern seine äußeren Schichten verliert und zu einem kleinen, dichten Himmelskörper wird, den man als Weißen Zwerg bezeichnet. Diese Weißen Zwerge kühlen über Milliarden von Jahren hinweg immer weiter ab. Sofern sie in einem Binärsystem existieren, können einige von ihren überschüssiges Material von ihrem Begleitstern aufnehmen, bis es zu einem Helligkeitsausbruch –einer Nova – kommt. Schlussendlich brennen alle Weißen Sterne irgendwann aus, hören auf zu leuchten und produzieren keine Energie mehr. Diese hypothetische Phase, die Astronomen Schwarzen Zwerg tauften, wurde bisher allerdings noch nie beobachtet.

Das Ende eines Sterns

Sehr massereiche Sterne vermeiden dieses langsame Ausbrennen und verabschieden sich stattdessen mit einem großen Knall – einer Supernova. Äußerlich scheint es sich um anschwellende Rote Riesen zu handeln, aber ihr Kern zieht sich zusammen, sodass sie irgendwann so dicht werden, dass sie kollabieren, was eine Explosion zur Folge hat. Was nach diesen katastrophalen Ausbrüchen zurückbleibt, ist ein kleiner Kern, der zu einem Neutronenstern werden kann. Wenn die Überreste massereich genug sind, entsteht daraus vielleicht sogar ein Schwarzes Loch.

Da bestimmte Supernovae bei ihrer Zerstörung und ihrer anschließenden Leuchtkraft einem vorhersehbaren Muster folgen, können Astronomen sie als Vergleichspunkte nutzen, die dabei helfen, Entfernungen im Universum zu messen und seine Expansionsrate zu berechnen.

Ein Licht im Dunkeln

Ja nach Wolkendecke und Standort kann man am Nachthimmel zahllose Sterne sehen, vielleicht aber auch gar keine. In Städten und anderen dicht besiedelten Gebieten kann es die Lichtverschmutzung fast unmöglich machen, die Sterne zu sehen. Einige Bereiche der Welt sind hingegen so dunkel, dass ein Blick nach oben den Nachthimmel in all seinem strahlenden Glanz offenbart.

Alte Kulturen sahen aus allen möglichen Grünen zu den Sternen. Indem sie die verschiedenen Konstellationen identifizierten und ihre Bewegungen am Himmel nachverfolgten, konnten sie landwirtschaftlich wichtige Zeitpunkte bestimmen und auf dem Meer navigieren. Es gibt Dutzende von Konstellationen oder Sternbildern.  Viele wie Kassiopeia oder Orion wurden nach Figuren aus der Mythologie benannt. Andere erhielten die Namen der Tiere, denen sie vermeintlich ähneln, beispielsweise der Kleine Bär oder der Große Hund.

Heutzutage nutzen Astronomen Sternbilder zur Benennung neu entdeckter Sterne. Auch heute noch dienen Sterne als Navigationshilfen. Auf der Südlichen Hemisphäre gilt das Kreuz des Südens als Orientierungspunkt, während die Menschen auf der Nordhalbkugel sich am Polarstern orientieren können. Dieser Stern gehört zur bekannten Konstellation des Kleinen Bären oder Ursa Minor, vielleicht besser bekannt als der Kleine Wagen.

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.

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