19: Ein Sternenleben

Wenn man sich mit Sternen befasst, gibt es ein Diagramm in der Astronomie, das einem immer wieder über den Weg laufen wird, weil man damit sehr viel über Sterne lernen kann. Ich weiß, für viele klingt das erstmal langweilig, dass wir uns hier jetzt mit Daten aus einem Diagramm herumschlagen wollen, aber wartet mal ab, dieses Diagramm ist echt spannend! Man kann mit seiner Hilfe nämlich den Lebenslauf eines Sternes verfolgen! Ich spreche von dem sogenannten Hertzsprung-Russell-Diagramm, kurz HRD. Doch am besten fange ich von vorne an.

Das Hertzsprung-Russell-Diagramm wurde 1913 von dem Astronomen Henry Norris Russell entwickelt, aufbauend auf den Arbeiten von Ejnar Hertzsprung. Nach diesen beiden Herren wurde es daher auch benannt.

Doch was stellt das Diagramm nun eigentlich dar? Russell trug in ihm sehr viele Sterne anhand von zwei Eigenschaften ein: entlang der x-Achse betrachtete er die Farbe der Sterne. So kommen blaue Sterne nach links und rote Sterne nach rechts. In späteren Varianten werden hier oft auch die Temperatur oder die Spektralklasse anstelle der Farbe gewählt, jedoch läuft das alles auf das gleiche hinaus, da die Farbe direkt von der Temperatur abhängt und die Spektralklassen nach der Temperatur der Sterne geordnet werden. Heiße Sterne sind blau und finden sich somit links im Diagramm, kühlere Sterne sind rot und befinden sich daher rechts.

Entlang der y-Achse werden die Sterne entsprechend ihrer Helligkeit eingetragen. Jedoch muss man gut aufpassen, welche Helligkeit man nimmt. Wie hell Sterne am Nachthimmel erscheinen (die „scheinbare Helligkeit“), hängt sowohl von ihrer „absoluten Helligkeit“ (also der Helligkeit vor Ort) als auch ihrer Entfernung von uns ab. Das würde uns nicht viel bringen! Im HRD wird nur die absolute Helligkeit beachtet, wir schauen uns also an, wie hell ein Stern wirklich leuchtet. Helle Sterne kommen nach oben, leuchtschwache Sterne nach unten.

Wenn man nun sehr viele Sterne auf diese Art in ein Diagramm einträgt, ergibt sich (hier deutlich vereinfacht dargestellt) folgendes Muster:

Bildrechte:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:HR-sparse-de.svg
User: sch

Besonders auffällig ist wohl die Linie von links oben nach rechts unten. Die meisten bekannten Sterne befinden sich auf dieser Linie, weshalb sie als „Hauptreihe“ bezeichnet wird. Ebenfalls auffällig ist die Abzweigung nach oben rechts, der sogenannte „Riesenast“. Zu diesen Ästen werde ich später noch etwas erzählen. Es gibt in dem Diagramm noch zahlreiche andere Linien wie beispielsweise den Ast der Veränderlichen Sterne, die regelmäßig heller und dunkler werden, doch auf diese werde ich hier nicht genauer eingehen.

Aber ich habe vorhin schon davon erzählt, dass man den Lebenslauf eines Sternes an diesem Diagramm sehr gut verfolgen kann, also lasst uns das doch einfach mal machen! Natürlich hat jeder Stern seinen eigenen Weg durch dieses Diagramm, aber sehr viele Sterne ähneln sich von ihrem Verlauf durch das Diagramm her sehr. Ich nehme also einfach mal einen durchschnittlichen Stern als Beispiel und zeige euch seinen Lebensweg durch das Hertzsprung-Russell-Diagramm – und so einen durchschnittlichen Stern haben wir direkt vor unserer Haustür: unsere Sonne!

Am besten beginnen wir ganz vorne im Leben unserer Sonne. Entstanden ist sie wie alle Sterne in einer großen Gaswolke. Die war ziemlich kühl und hat noch nicht selbst geleuchtet, befand sich im HRD also unten rechts. In so einer Gaswolke kann es nun aus unterschiedlichen Gründen zu Verdichtungen an manchen Stellen kommen, beispielsweise indem ein Stern vorbeizieht und durch seine Gravitation für ein Ungleichgewicht bei der Verteilung des Gases sorgt.

Dadurch beginnt das Gas zu kollabieren und wird immer heißer. Außerdem beginnt es zu leuchten, anfangs nur durch die frei werdende Gravitationsenergie, doch irgendwann ist das Gas so dicht und heiß, dass im Inneren die Kernfusion einsetzt, bei der Wasserstoff in Helium umgewandelt wird (siehe Weltallwissend 1 „Der Tod der Sonne“). So entstand die Sonne. Sie wurde auf diese Weise also immer wärmer und heller und wanderte daher im HRD entlang der Hauptreihe nach oben links. Dort, auf der Hauptreihe, verbringt sie nun den größten Teil ihres Lebens. Je massereicher ein Stern ist, desto heller und heißer wird er und desto weiter wandert er im HRD nach oben links, während kleinere, leichtere und kühlere Sterne, die Roten Zwerge, relativ weit unten rechts bleiben.

Irgendwann ist aber der Wasserstoff in einem Stern verbraucht. Bei leichten Sternen, am unteren Ende der Hauptreihe ist an dieser Stelle schon Schluss mit ihrem Dasein als Stern und sie kühlen aus. Viele Sterne, auch unsere Sonne, fangen jedoch, noch während des Wasserstoffbrennens, an, Helium weiter zu Kohlenstoff zu fusionieren. Dadurch wird der sogenannte Strahlungsdruck, der nach außen drückt und somit der Gravitation entgegenwirkt, sehr groß und der Stern dehnt sich aus. Da er sich ausdehnt, wird er jedoch kühler. Im HRD wandert er also nach oben rechts – auf den Riesenast, den ich oben bereits erwähnt habe.

Leichtere Sterne wie unsere Sonne sind irgendwann so groß, dass sie die äußeren Schichten nicht mehr halten können und diese langsam immer größer werden. Wir nehmen sie als wunderschöne „Planetarische Nebel“ wahr. Zurück bleibt der heiße Kern des Sternes als sogenannter „Weißer Zwerg“, in dem keine Kernfusion mehr betrieben wird und der daher einfach auskühlt und zu einem Schwarzen Zwerg wird. Er befindet sich also im HRD unten links und wandert, während er auskühlt, langsam nach unten rechts.

Massereiche Sterne beenden ihr Leben nicht so friedlich – ganz im Gegenteil, sie sterben in einer Explosion, die so hell werden kann wie eine ganze Galaxie. Doch diese Supernovae haben wirklich einen eigenen Artikel verdient und um sie wird es daher im nächsten Beitrag am 22. November gehen.

Quellen: