Welches dieser astronomischen Objekte entstand nicht durch den Tod eines Sterns?

Jan Philipp Bornebusch
a) Weißer Zwerg
b) Brauner Zwerg
c) Schwarzes Loch
d) Neutronenstern
e) Quarkstern

Antwort:

Einzig der Braune Zwerg war niemals ein Stern.

Erklärung:

Braune Zwerge haben es nie geschafft, "richtige" Sterne zu werden. Zwar finden in ihrem Kern sporadisch Fusionsprozesse statt, was sie von masseärmeren Himmelskörpern wie Planeten abgrenzt, eine stabile Wasserstoff-Fusion können sie jedoch mangels Masse nicht aufrecht erhalten. Braune Zwerge sind also eine Art Stern-Fehlzündung.

Bei den anderen Kandidaten handelt es sich hingegen um Überreste ehemaliger Sterne. Deren Endstadium hängt von ihrer Masse ab – je nachdem wird das, was bei ihrem Tod nicht in die Weiten des Weltalls geschleudert wird, zu einem Weißen Zwerg, einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch. Unter gewissen Umständen sagen theoretische Modelle auch bisher nicht nachgewiesene Quarksterne voraus.

Supernova
© European Southern Observatory
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernSupernova

Beträgt die Anfangsmasse eines Sterns maximal acht Sonnenmassen, so endet er als Weißer Zwerg. In dem Moment, in dem ihm der Brennstoff ausgeht, hat er der Gravitation nichts mehr entgegen zu setzen und fällt in sich zusammen. Einen Teil seiner Materie stößt er dabei ab, der Rest verdichtet sich so lange weiter, bis der Stern etwa die Größe der Erde erreicht hat. Dann sind die Atome so dicht aneinander gepresst, dass ihre Hüllen den nötigen Gegendruck erzeugen, und ein Kubikzentimeter seiner Materie hat eine Masse von etwa einer Tonne. Zu Beginn sind Weiße Zwerge glühend heiß und strahlen hell, was ihnen ihren Namen eingebracht hat. Da sie jedoch schnell abkühlen, sind sie bald kaum noch wahrzunehmen und irgendwann sogar gar nicht mehr strahlen. Diesen Zustand des so genannten "Schwarzen Zwergs" dürfte aber bisher noch kein Himmelskörper erreicht haben - dazu ist das Universum zu jung.

Überschreitet die Masse eines verlöschenden Sterns die Grenze von acht Sonnenmassen, kommt es zur Supernova. Wie beim Entstehen des Weißen Zwergs, beginnt der sterbende Stern schon früh, einen Teil seiner Masse als stellaren Wind abzustoßen. Gleichzeitig fusionieren in seinem Inneren die Atome unter ungeheurem Druck zu immer schwereren Elementen. Diese Entwicklung stoppt beim Eisen, denn aus der Fusion zu schwereren Elementen kann keine Energie mehr gewonnen werden. Erreicht der Eisen-Kern schließlich die magische Grenze von etwa 1,4 Sonnenmassen (Chandrasekhar-Grenze), kommt es zur einer gewaltigen Explosion. Hat der zurückbleibende Kern zwischen 1,4 und etwa 3 Sonnenmassen, wird ein Neutronenstern gebildet, anderenfalls kollabieren die Sterntrümmer zu einem Schwarzen Loch. Eine genaue Massegrenze zwischen diesen beiden Endzuständen anzugeben ist schwierig, da auch die Rotation des Sterns eine Rolle spielt.

Der Neutronenstern stabilisiert sich auf ähnliche Weise wie der Weiße Zwerg. Während beim Weißen Zwerg der Druck der Hüllenelektronen dem Kontrahieren des Sterns Einhalt gebot, sind es nun die Atomkerne selbst. Gegen den enormen Gravitationsdruck haben die Elektronen keine Chance und werden in die Atomkerne gepresst, wo sie mit den Protonen zu Neutronen verschmelzen. Die Eigenschaften von Neutronensterns sind bizarr: Bei einem Durchmesser von nur noch wenigen dutzend Kilometern ist seine Dichte unvorstellbar groß. Ein beliebter Vergleich besagt, dass Neutronensternmaterie vom Volumen eines Stecknadelkopfes auf der Erde eine Million Tonnen wöge. Darüber hinaus lässt der Pirouetten-Effekt den Neutronenstern im Bruchteil einer Sekunde um seine Achse rotieren. Den Pirouetten-Effekt nutzen auch Eisläufer: Wenn sie ihre Gliedmaßen nahe an die Drehachse heranziehen, erhöhen sie damit die Drehgeschwindigkeit. Schließlich verfügt der Neutronenstern über ein enormes Magnetfeld, da die Feldstärke im gleichen Maße zunimmt, wie sich der Querschnitt des Sternes verringert. Liegt die Achse dieses Magnetfeldes nicht parallel zur Drehachse, so wird der Neutronenstern zum interstellaren Leuchtturm: Das Magnetfeld heizt Gase in der Umgebung auf, die dann ihrerseits im Takt mit den Umdrehungen des Neutronensterns intensive Lichtpulse abstrahlen. Man spricht dann von einem Pulsar.

Nach Rechnungen könnten auch die Neutronen im Inneren des Neutronensterns ihre Identität verlieren. An ihre Stelle würde ein Quark-Plasma treten. Quarks sind die Bausteine dessen, was wir gemeinhin als Elementarteilchen bezeichnen. So bestehen Protonen und Neutronen jeweils aus drei solchen Quarks. Ginge der ganze Himmelskörper in diesen exotischen Plasmazustand über, spräche man von einem Seltsamen oder Quarkstern. Seltsam deswegen, weil das Plasma auch sogenannte "Seltsam-Quarks" enthalten würde.

Wird die Gravitationswirkung so groß, dass selbst das Licht nicht mehr entkommen kann, ist ein Schwarzes Loch entstanden. Außer seiner Anziehungskraft verliert ein solches Schwarzes Loch alle von außen feststellbaren Eigenschaften. Das Innere des Schwarzen Loches ist effektiv von unserem Universum abgetrennt. Daher lässt sich ein Schwarzes Loch auch nur indirekt nachweisen, beispielsweise wenn Sterne um nichts zu kreisen scheinen.

Überhaupt sind außer Wasserstoff, Helium und Lithium alle Elemente durch Kernfusion in Sternen entstanden. Schwerere Elemente als Eisen benötigen sogar eine Supernova für ihre Entstehung. Die Welt, wie wir sie kennen, besteht also größtenteils aus der Asche verbrannter Sterne. Oder, um es romantischer auszudrücken: Wir sind alle aus Sternenstaub gemacht.

Welches dieser astronomischen Objekte entstand nicht durch den Tod eines Sterns?