Das stellare Leben nach dem Tod – Neutronensterne, Pulsare, Magnetare und Schwarze Löcher

Cassiopeia A

Hier gleich mal ein schönes Beispiel, was mit einem Stern nach seinem Tod passieren kann – ein Falschfarbenbild von dem Supernova-Überrest Cassiopeia A. Der weiße Punkt in dem Kästchen ist der Neutronenstern, der von dem ursprünglichen Stern übrig geblieben ist. Quelle: astronews

Von den Titelbegriffen hört man öfter mal. Sei es in den Nachrichten, in Magazinen oder im Film- und Fernsehen. Das klingt alles recht exotisch und geheimnisvoll und das ist es auch. Ich möchte hier erklären, was alles passiert und passieren kann, wenn ein Stern sein (erstes) Leben aushaucht.

Wir beginnen mal ganz am Anfang: Sterne sind große Gasbälle, die durch den hohen Druck und die Hitze in ihrem inneren Wasserstoff zu Helium fusionieren – genauer gesagt, 2 Wasserstoffkerne zu einem Heliumkern. Bei dieser Kernfusion entsteht eine große Menge Energie, die in Form von Wärme und elektromagnetischer Strahlung abgegeben wird. Die Lebensdauer eines Sterns hängt von der Masse ab, die ein Stern für die Fusion zur Verfügung hat. Ist dieser Vorrat irgendwann aufgebraucht, kann es zu verschiedenen Szenarien kommen.

1. Laut gängiger Modelle wird aus Sternen, die unter 1,44 mal die Masse unserer Sonne haben, über mehrere Stufen ein Weißer Zwerg. Es kommt dabei nicht zu einer Explosion oder ähnlichem.

2. Hat der Stern zwischen 1,4 und 3 Sonnenmassen, kommt es zu einer Supernova, in deren Folge Neutronensterne und noch verschiedene andere Objekte entstehen können.

3. Hat der Stern über 3 Sonnenmassen, kommt es nach einer Supernova zur Entstehung eines Schwarzen Lochs.

Als erstes zum Weißen Zwerg:

Ist der Brennstoff im Stern aufgebraucht, beginnt dieser durch verschiedene Vorgänge, sich aufzublähen, bis er ein vielfaches seiner ursprünglichen Größe erreicht hat. In dieser Phase sprechen wir von einem Roten Riesen. Anschließend wirft er seine äußeren Schichten ab, so dass nur noch der Kern des Sterns übrig bleibt. Dieser Kern zieht sich wieder zusammen und ist nun ein Weißer Zwerg. Da er von meiner ursprünglichen Masse nicht viel abgegeben hat, dabei aber erheblich geschrumpft ist, hat er eine Materiedichte von ca. 10.000 kg/cm³. Er erscheint durch seine große Hitze (bis zu 200.000°C) weiß und ist deshalb ein Zwerg, weil er nur noch ein Bruchteil seiner ursprünglichen Größe besitzt. In diesem Stadium bleibt er so lange bestehen, bis die übrig gebliebene Masse ausgekühlt ist und der einstige Stern keine Energie mehr abgibt. Er ist dann ein sogenannter Brauner Zwerg. Zwischen den eben genannten Stationen auf dem Weg zum Braunen Zwerg geschieht natürlich noch etliches mehr, doch das würde hier zu weit ins Detail gehen und einfach den Rahmen sprengen. Allerdings sollte man noch anmerken, dass dieses Szenario eines Tages unserer Sonne wiederfahren wird, da sie nicht genug Masse besitzt, um eine Supernova-Abschiedsparty zu feiern.


Hier ein Größenvergleich: links unsere Sonne, in der Mitte Sirius A und der kleine Punkt rechts der ihn umkreisende, weiße Zwerg Sirius B. Er ist der erste weiße Zwerg, der entdeckt wurde. Quelle: andromedagalaxie.de

Kommen wir zu Punkt 2:

Hat unser Ausgangs-Stern über 1,44 und unter 3 Sonnenmassen, wird sein Abgang schon um einiges spektakulärer. In diesem Fall entstehen beim langsamen versiegen der Vorräte im Kern schwere Elemente wie Eisen und Nickel, wodurch keine weitere Energiegewinnung durch Fusionsvorgänge mehr möglich ist. Somit nimmt der Strahlungsdruck ab und der Stern beginnt zu kollabieren. Der Kern wird dadurch stark komprimiert, bis die verschiedenen Prozesse die umgebenden Schichten so stark aufheizen, dass diese explosionsartig ins All geschleudert werden. Was übrig bleibt ist ein sogenannter Neutronenstern. Das ist ein Objekt mit einem Durchmesser von etwa 20km bei aber immer noch der selben Masse von 1,44 bis 3 Sonnenmassen, also ein extrem dichtes Objekt. Veranschaulich ist diese Dichte mit folgendem Vergleich: ein Kubikzentimeter der Masse eines Weißen Zwergs entspricht etwa einem massiven Eisenwürfel mit einer Kantenlänge von 700 Metern !!! Durch seine extreme Dichte ist auch die Anziehungskraft gewaltig. Ein Gegenstand, der aus 1 m Höhe auf die Oberfläche eines Neutronensterns fiele, hätte eine Falldauer von einer Mikrosekunde und schlüge mit einer Fallgeschwindigkeit von 7,2 Millionen km/h auf. Ein Neutronenstern ist aber nicht nur wegen seiner Dichte, sondern auch wegen seines extremen Magnetfeldes und seiner Temperatur von 1 bis 100 Milliarden Kelvin außergewöhnlich.

Durch die gewaltigen Kräfte die hier wirken, rotieren die Neutronensterne extrem schnell. Je nachdem wie schnell und unter welchen Umständen sie rotieren, können zwei Unterklassen von Neutronensternen entstehen: Pulsare oder Magnetare. Die Rotationsdauer eines Pulsars liegt zwischen 0,01 und 8 Sekunden. Das bedeutet, er dreht sich in dieser Zeit einmal um die eigene Achse, was in dieser Größenordnung wirklich eine gewaltige Geschwindigkeit darstellt. Die Rotationsdauer erhöht sich pro Sekunde um etwa 10 hoch minus 15 s (d.h. er wird im Laufe der Zeit langsamer) und begrenzt die Lebensdauer auf etwa zehn Millionen Jahre. Daneben gibt es sogenannte Millisekunden-Pulsare (etwa fünf Prozent der Pulsare) mit Umlaufzeiten von einer bis zehn Millisekunden und höherer Lebensdauer. Pulsare senden in erster Linie Radiostrahlung aus, weswegen sie mit optischen Teleskopen nicht beobachtet werden können.

Magnetare machen etwa 10% aller Neutronensterne aus. Sie zeichnet aus, dass ihr Magnetfeld etwa das 1000-fache des üblichen Wertes von gewöhnlichen Neutronensternen aufweist. Magnetare entstehen nur dann, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Neutronensterns unter 10 Millisekunden liegt.

Ich muss diesem Abschnitt hinzufügen, dass die beschriebenen Fakten nur einen vagen Überblick über die gesamten Prozesse und Entwicklungsstufen bietet. Das Forschungsgebiet der Neutronensterne ist äußerst umfangreich und auch immer noch an vielen Enden das Objekt bestehender Forschung. Viele Wissenschaftler beschäftigen sich ihr ganzes Leben lang mit einem Neutronenstern. Ich bitte also zu berücksichtigen, dass ich einige Fakten aus Platzmangel ausgelassen habe.


Querschnitt eines Neutronensterns mit innerem Aufbau. Quelle: spektrum

Nun zum 3. Punkt:

Die geheimnisvollen, Schwarzen Löcher. Und als ob sie nicht schon mystisch genug wären, werden sie auch noch in verschiedene Kategorien unterteilt, je nachdem, wie und woraus sie entstanden sind. Ich habe hier bereits ausführlich darüber berichtet. Im aktuellen Fall wollen wir aber wissen, was mit einem Stern, der über 3 Sonnenmassen besitzt, passiert, wenn er sein Lebensende erreicht hat. Deswegen sprechen wir hier über „Stellare Schwarze Löcher“. Der Prozess ist im Prinzip der gleiche wie bei Punkt 2, nur dass durch die erhöhte, vorhandene Masse nach der Supernova der verbliebene Kern so stark komprimiert wird, dass durch den gigantischen Druck ein Schwarzes Loch entsteht. Das ist natürlich sehr Laienhaft dargestellt. Wer den ganzen Prozess genauer nachlesen möchte, kann das hier tun.


künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs. Quelle: static

Wir sehen also, dass mit Sternen einiges passieren kann, bevor oder während sie ihr Leben beenden. Wie gesagt, unserer Sonne wird ein weniger spektakuläres Ende bevorstehen, doch bei anderen Sternen gibt es noch jede Menge zu erforschen und wenn man sieht, wie schnell die Forschung momentan voranschreitet, wird es nicht mehr lange dauern, bis neue, aufregende Dinge ans Tageslicht befördert werden. Ich bin gespannt…

Über stellariumblog

Stellariumblog ist ein Info-und Newslog. Ich versuche, die oftmals komplizierte und unübersichtliche Fülle an Informationen und Wissen verständlich zu erklären. Mein Ziel ist es, mit diesem Blog so viele Menschen wie möglich von der Astronomie zu begeistern. Natürlich versuche ich, täglich die wichtigsten News aus den Bereichen Astronomie, Astrophysik und vergleichbaren Wissenschaften zu bloggen, ich bin allerdings Berufstätig und habe leider nicht jeden Tag ein bis zwei Stunden Zeit – seid also bitte etwas nachsichtig falls ich nicht immer alles als erster poste ;) Ich freue mich immer über positive Bewertungen, aber auch über konstruktive Kritik sowie Vorschläge und/oder Hinweise auf mögliche Fehler (ich bin auch nur ein Mensch). Ansonsten wünsche ich euch viel Spaß in meinem Blog.
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2 Antworten zu Das stellare Leben nach dem Tod – Neutronensterne, Pulsare, Magnetare und Schwarze Löcher

  1. Rr schreibt:

    nicht 2 wasserstoffkerne ergeben einen heliumkern sondern 4 . wenn 2 wasserstoffkerne fusionieren ergibt das einen deuteriumkern , auch schweres wasser genannt . es bsteht aus einem proton und einem neutron . ein wasserstoffkern verwandelt sich nämlich in ein neutron .

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  2. Reichard Dieter schreibt:

    nicht 2 wasserstoffkerne ergeben einen heliumkern sondern 4 . wenn 2 wasserstoffkerne fusionieren entsteht deuterium auch schweres wasser genannt , es besteht aus einem proton und einem neuron

    Gefällt 1 Person

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