Woraus sind Sterne gemacht?
Wir sind alle aus Sternenstaub gemacht – ein oft zitierter Satz, der sich auf die Tatsache bezieht, dass fast alle Elemente im menschlichen Körper in einem Stern geschmiedet wurden. Aber woraus sind Sterne selbst gemacht?
Aktuell bestehen Sterne aus den gleichen chemischen Elementen wie die Erde, wenn auch nicht annähernd in den gleichen Proportionen. Die überwiegende Mehrheit der Sterne besteht fast vollständig aus Wasserstoff (ca. 90 %) und Helium (ca. 10 %) – Elemente, die auf unserem Planeten relativ selten sind und die leichtesten im Periodensystem – während alle anderen Elemente nur 0,1 % ausmachen.
Unter den anderen Elementen dominiert meist Sauerstoff, gefolgt von Kohlenstoff, Neon und Stickstoff, wobei Eisen das häufigste Metallelement ist. Dennoch kommt in der Sonne auf 1200 Wasserstoffatome nur ein Sauerstoffatom und auf 32 Sauerstoffatome nur ein Eisenatom.
Es macht Sinn, dass Wasserstoff das dominierende Element der Sonne und anderer Sterne ist. Um über Milliarden von Jahren hell zu brennen, wandeln Sterne durch eine ständige Kernreaktion Wasserstoff in Helium um, ähnlich wie bei einer Wasserstoffbombe. Die Sonne befindet sich also gewissermaßen in einem Zustand ständiger nuklearer Explosion und erscheint nur deshalb als feste Kugel, weil sie durch ihre eigene massive Schwerkraft zusammengehalten wird.
Wie wir noch sehen werden, können die Zusammensetzung und die chemische Beschaffenheit von Sternen beträchtlich variieren, abhängig von ihrem Alterungszustand oder davon, wo sie sich in der Galaxie befinden.
Auch andere Elemente als Wasserstoff oder Helium können von Sternen geschmiedet werden, allerdings erst gegen Ende ihres Lebenszyklus. Typischerweise wurden in einem Stern wie der Sonne die schwereren Elemente von Sternen ausgesät, die vor ihm existierten. Einige Sterne enden mit einem Knall, indem sie während ihrer letzten Entwicklungsphase eine Supernova – eine mächtige und leuchtende Explosion – erzeugen, die schwere Elemente ins All schleudert. So können neue Sterne dieses Material in sich aufnehmen. Aufgrund der physikalischen Gesetze recycelt das Universum alles.
Nicht alle Sterne glitzern gleich, und sie sind auch nicht aus dem gleichen Stoff gemacht
Alle Sterne sind auf ihre eigene Weise erstaunlich, aber einige leuchten heller als andere. Heiße Sterne erscheinen weiß oder blau, wenn sie von der Erde aus beobachtet werden, während kühlere Sterne in orangen oder roten Farbtönen erscheinen. Astronomen tragen die Leuchtkraft und Temperatur eines Sterns in ein Diagramm ein, das Hertzsprung-Russell-Diagramm genannt wird und zur Klassifizierung von Sternen dient.
Obwohl es viele Arten von Sternen gibt, sind die häufigsten die Hauptreihensterne – etwa 90 % aller bekannten Sterne, einschließlich der Sonne, gehören zu dieser Klasse.
Unterhalb der Hauptreihensterne befinden sich Weiße Zwerge, der Überrest des Sternkerns, nachdem ein Stern seinen gesamten Brennstoff aufgebraucht hat. Diese alten Sterne haben eine unglaubliche Dichte. Ein Teelöffel voll ihrer Materie würde auf der Erde so viel wiegen wie ein Elefant.
Solche Dichten sind möglich, weil die Materie der Weißen Zwerge nicht aus Atomen besteht, die durch chemische Bindungen verbunden sind, sondern aus einem Plasma aus ungebundenen Kernen und Elektronen. Aus diesem Grund können die Kerne näher beieinander liegen, als es die Elektronenbahnen in normaler Materie erlauben.
Da Weiße Zwerge die Überbleibsel der Kerne normaler Sterne sind, bestehen sie hauptsächlich aus den „Abfallprodukten“ der Kernfusionsreaktionen, die sie früher getragen haben. Diese „Abfallprodukte“ sind hauptsächlich Kohlenstoff und Sauerstoff, mit Spuren anderer Elemente. Das heißt aber nicht, dass es nicht noch Helium und Wasserstoff gibt. Der äußere Teil eines Weißen Zwergs enthält diese beiden Elemente. Und aufgrund der enormen Gravitationskraft, die mit diesen dichten Sternen verbunden ist, sind diese Elemente geschichtet, wobei sich die schwersten Elemente in den tiefsten Tiefen des Sterns befinden.
Oberhalb der Hauptreihensterne befinden sich „Riesen“ und „Überriesen“. Bevor Sterne das Ende ihrer Entwicklung erreichen – wenn sie zu Zwergen werden oder zu Supernovae explodieren – verdichten sie sich und heizen sich weiter auf, wenn der letzte Wasserstoff verbrannt wird. Dies führt dazu, dass sich die äußeren Schichten des Sterns nach außen ausdehnen. In diesem Stadium wird der Stern zu einem großen Roten Riesen.
Nach einer alten Studie, die 1985 in der Ausgabe des Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, bestehen Rote Riesen hauptsächlich aus Helium und Wasserstoff, zusammen mit Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Eisen. Die Astrophysiker registrierten auch das Vorhandensein von schweren s-Prozesselementen wie Strontium, Yttrium, Zirkonium, Barium und Neodym.
Superriesen gehören zu den massereichsten und leuchtkräftigsten Sternen im Universum. Sterne, die zehnmal so groß wie die Sonne (oder größer) sind, werden zu Überriesen, wenn ihnen der Brennstoff ausgeht. Sie ähneln in ihrer Zusammensetzung den Roten Riesen, außer dass sie, Sie ahnen es, viel größer sind.
Es wird erwartet, dass sich die Sonne in einen Roten Riesen verwandelt, sobald sie ihren Treibstoff aufgebraucht hat. Glücklicherweise wird das erst in fünf Milliarden Jahren der Fall sein.