Der massereichste Stern nimmt ab...

... nicht wirklich, nur durch durch eine neue Massenbestimmung...aber er bleibt immer noch der Stern, mit der höchsten gemessenen Masse im Kosmos.

Es geht um den Stern 136a1, der in einem Sternhaufen im Tarantula Nebel der Großen Magellanschen Wolke in einer Entfernung von 160 000 Lichtjahren steht.

Mit einer bisher gemessenen Masse von 250 bis 320 Sonnenmassen gilt er als der Stern mit der höchsten bekannten Masse.

Nun ist es Forschenden um Veno M. Kalari gelungen, den Stern mit dem 8,1 m Teleskop der Gemini Süd Sternwarte mit höchster Auflösung zu fotografieren. Damit haben sie sogar die Bilder, die mit dem HubbleSpaceTeleskop gemacht wurden, übertroffen (siehe Bild 2)

Wie geht das?

Es wurde nicht nur adaptive Optik eingesetzt (also durch Spiegelverformungen die Luftunruhe ausgeglichen), sondern auch noch Speckle-Fotogrtafie betrieben:

Bei dieser Technik werden viele sehr kurz belichtete Aufnahmen, alle innerhalb eines Flackerns der Atmosphäre, gemacht und überlagert.

Das Ergebnis ist verblüffend:

Klar und deutlich ist der Stern von Nachbarsternen getrennt. Nun war es leichter möglich, seine wahre Helligkeit zu messen.

Aus der so bekannten Leuchtkraft, seiner Temperatur und Entwicklungsmodellen konnte nun die Masse neu und genauer bestimmt werden: 170 bis 230 Sonnenmassen.

Deutlich weniger, aber immer noch der Stern mit der höchsten bekannten Masse.

Solche massereichen Sterne verbrauchen ihren "Brennstoff" schon in wenigen Millionen Jahren, explodieren als Supernova und produzieren einen beachtlichen Teil der schweren Elemente.

credit: Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/HST/NASA/ESA

Der Sternenhimmel im November 21

 Wenn Sterne sterben….

 Gegen 19 Uhr wollen wir Anfang November Richtung Nordosten blicken. Dann sehen wir links, tief im Norden stehend, das bekannte Sternbild des Großen Wagens mit den drei Deichselsternen und den vier Sternen, die den Wagenkasten bilden. Verbindet man in Gedanken die hinteren beiden Kastensterne und verlängert diese Strecke etwa  fünfmal, so trifft man auf den Polarstern. Er steht am Ende der eher unscheinbaren Deichsel des Kleinen Wagens. Auf ihn zeigt die Drehachse der Erde. Unter ihm, am Horizont, ist deshalb der Nordpunkt. Da die Drehachse unserer Erde sich im Laufe des Jahres nicht verändert, sehen wir den Polarstern immer hier an dieser Stelle des Himmels. Alle anderen Sterne kreisen somit scheinbar im Laufe der Nacht, bedingt durch die eigene Drehung der Erde, um den Polarstern.

Im Südwesten sehen wir noch die beiden Gasplaneten Jupiter (der deutlich hellere) und rechts neben ihm Saturn.

Blicken wir nun Richtung Osten so sehen wir den hellen Stern Capella im Sternbild Fuhrmann aufgehen. Capella ist eigentlich ein doppeltes Doppelsternsystem in etwa 42 Lichtjahren Entfernung, dessen hellste Sterne sogenannte Riesensterne sind.

 Sterbende Riesen

Alle Sterne gewinnen ihre enormen Energien durch den Verschmelzungsprozess von Wasserstoffatomkernen zu Heliumatomkernen. Lässt dieser Prozess nach, so dehnen sich Sterne aus, während ihr Inneres schrumpft, sie altern. Dabei können sie je nach Masse bis zu tausendmal größer als unsere Sonne werden. Solche Sterne nennen die Astronomen Riesen oder gar Überriesensterne.

Auch unsere Sonne altert und wird in etwa 5 Milliarden Jahren ein Riesenstern werden und dabei die Erde so aus ihrer Bahn ablenken, dass sie im Inneren der alten Sonne verglüht.

Aber schon in wenigen Milliarden Jahren wird es durch die sich vergrößernde Sonne auf der Erde so heiß, das kein Leben mehr existieren kann.

Riesensterne stoßen ihre äußeren Gashüllen ab und ermöglichen somit die Bildung von Molekülen und Staub, der in der nächsten Generation von Sternen für die Bildung von Planeten zur Verfügung steht.

Übrig vom Riesenstern bleibt eine erdgroße Kugel aus Sauerstoff und Kohlenstoff, ein sog. Weißer Zwerg, die in diesem letzten Lebensstadium  nur noch Wärme abstrahlt, aber keine Energie mehr durch Verschmelzung von Atomkernen freisetzt. Der Weiße Zwerg kühlt dann langsam aus und erkaltet, ohne zu schrumpfen.

So ist auch das Lebensende unserer Sonne.

 Sternenexplosion

Überriesensterne treten viel dramatischer in ihren Lebensabend ein: Sie explodieren (als Supernova von den Astronomen bezeichnet). Wenn im Zentrum des Sternes  keine Verschmelzung von Atomkernen mehr stattfinden kann, weil der „Brennstoff“ aufgebraucht ist,  kollabiert der innere Teil des Sternes zu einer etwa 10 km großen Kugel aus Neutronen. Wenn der äußere Teil des Sternes auf diesen sog. Neutronenstern prallt, wird das auftreffende heiße Gas verdichtet und explosionsartig nach außen geschossen. Dabei produziert der explodierende Stern alle Elemente, die wir kennen. Gold, Silber aber auch Silizium, Phosphor, Kalzium und Uran entstehen auf diese Weise. Die Explosionswolke wird weit in den Kosmos hinausgeschleudert, die neuen Stoffe stehen dann ebenfalls der nächsten Generation von Sternen und Planeten zur Verfügung.

Das meiste Gold aber bildet sich, wenn zwei solcher Neutronensterne miteinander verschmelzen.

Wir Menschen, unsere Erde…alles besteht aus dem Staub solcher gestorbenen Sterne. Wir sind eingebunden in die kosmische Entwicklung der Sterne.

 Unser Kosmos

Auch unser Kosmos existiert in dieser Form nicht seit Ewigkeiten, sondern erst seit knapp 14 Milliarden Jahren. Durch eine beschleunigte Zunahme seiner Expansion steuert er ebenfalls auf ein Ende aller seiner Strukturen hin, auf seinen Tod. Er wird in einigen Dutzend Milliarden Jahren eintreten.

 Übrigens: Besonders massereiche Überriesen erzeugen bei ihrer Supernovaexplosion ein Schwarzes Loch, das durch seine unmittelbar am Rand wirkende riesige Schwerkraft Raum und Zeit so sehr verändert, dass es nicht auszuschließen ist, dass im Inneren des Schwarzen Loches sogar ein neues Universum entsteht. Wenn diese Spekulation stimmt, dann erzeugen sterbende Sterne nicht nur das Material für neue Planeten, neues Leben sondern auch für andere Universen und unser eigener Kosmos selbst wäre das Innere eines Schwarzen Loches.

 Sternkarte für den 15.11., 19.00 Uhr (B. Holstein, AAK)

 Angebot:

Wegen der Pandemie bietet die Sternwarte auf dem SFN jeden Freitag um 20.00 Uhr einen kurzen Online-Vortrag an, mit anschließender Beobachtung des Sternenhimmels durch die Fernrohre (auch online und live). Zugang: www.sfn-kassel.de/live

Planeten im November:

Merkur: Am Monatsanfang Morgenstern im Osten

Venus: Heller Abendstern, aber nur kurze Zeit nach Sonnenuntergang dicht am SW Horizont zu sehen

Mars: Beginnt seine neue Sichtbarkeit morgens vor Sonnenaufgang im Osten

Jupiter: Hell im SW, geht deutlich vor Mitternacht unter

Saturn: Rechts neben Jupiter

 

 

 

Stichwort 4: Das HRD

Das HRD (Hertzsprung-Russel-Diagramm) ist eine graphische Darstellung  der Sterneigenschaften. Man trägt die Leuchtkraft eines Sternes (stattdessen nimmt man auch oft die absolute Helligkeit) gegen die Photosphärentemperatur (oft nimmt man dafür auch die Spektralklasse) auf.

Dann liegen fast alle Sterne längs einer Linie, der sog. Hauptreihe.

Alle Sternen der Hauptreihe setzen ihre Energie durch die H-Fusion frei, indem Wasserstoffatomkerne zu Helium verschmelzen.

Rechts oberhalb der Hauptreihe liegen Sterne, die trotz recht niedriger Oberflächentemperatur eine große Leuchtkraft haben. Sie müssen eine große Oberfläche besitzen, es sind Riesen und Überriesen.

Links unten liegen Sterne mit einer hohen Temperatur, die aber nur wenig Energie abgeben. Das müssen kleine Sterne sein, es sind die Weißen Zwerge.

Man kann auch den Lebenslauf eines Sternes im HRD darstellen.

Längs der Hauptreihe sind die Sterne nach Masse geordnet. Oben sind die massereichen Sterne, unten die massearmen. Die Skala geht etwa von 0,5 bis 50 Sonnenmassen.

Wenn die H-Fusion aufhört und die He-Fusion zu Kohlenstoff einsetzt, dann wandert die Position des Sternes im HRD in das Gebiet der Riesen.

Wo aber stehen die Protosterne, also Sterne während ihrer Entstehung?

Bild: LP Uni Goettingen

Der Kampf zwischen Schwerkraft und Strahlungsdruck

 Extrem leuchtkräftige Sterne haben einen sehr hohen Strahlungsdruck, der sie auseinander zu blasen droht. Sind sie auch noch extrem massereich, so sind die Sterne  sehr groß und in den Außenbereichen ist der Kampf zwischen Schwerkraft und Strahlungsdruck beherrschend.

So auch beim Stern AG Carinae. Der Strahlungsdruck hat zum Abblasen vieler Gasschichten geführt, die den Stern jetzt hüllenförmig umgeben. Von oben betrachtet sieht es eher wie ein Ring aus.

Das etwa 10 000 Jahre alte Gebilde, fast 5 Lichtjahre groß,  expandiert  mit ungefähr 70 km/sec, innen fegt noch ein starker Sternenwind mit etwa 200 km/sec alles leer.

Das Hubble Space Teleskop HST hat AG Car in verschiedenen Spektralbereichen fotografiert:

Im roten Licht sieht man das Leuchten von Wasserstoff und Stickstoff, also die abgeblasenen Gase.

Im blauen Licht sieht man das vom abgeblasenen Staub reflektierte Sternenlicht. Filamente, Blasen und regelrechte Staubhalden werden sichtbar.

credit: ESA/HST/NASA

 

 

Breaking News: Novaausbruch mit freiem Auge zu sehen

 Der Stern RS Oph im Schlangenträger, der abends im SW gut zu beobachten ist, ist 5000 Lichtjahre entfernt. Normalerweise ist er mit einer Helligkeit von 12 mag kaum zu erkennen. Vor einem Tag ist seine Helligkeit auf etwa 4,5 mag angestiegen, d.h. er müsste deutlich mit freiem Auge erkannt werden.

Was ist passiert?

RS Oph gehört zu den 7 bekannten wiederkehrenden Novae unserer Galaxis.

Das sind enge Doppelsterne, bei denen Materie von einem Roten Riesen auf einen Weißen Zwerg herabfließt. Dabei sammelt sie sich an der Oberfläche des kleinen kompakten Sternes an, wird immer heißer und dichter und plötzlich setzt dort explosiv eine Wasserstofffusion ein und  das ganze angesammelte Material leuchtet hell auf und fliegt auseinander...bis sich wieder genug angesammelt hat...

Der letzte Novaausbruch von RS Oph war 2006.

Nun ist es wieder so weit.

Es lohnt sich möglichst zeitnah zu schauen. denn durch die Explosion fällt auch die Helligkeit innerhalb von Tagen schnell ab (siehe Lichtkruve von 2006)

Ich habe mit Hilfe von Stellarium zwei Umgebungskarten generiert. Die erste zeigt den Anblick des Sternenhimmels mit dem freien Auge.

Da dürfte die Nova etwa gleich hell zwischen den beiden markierten Sternen stehen.

Die zweite Karte zeigt den Anblick im Fernglas. Mit "!" sind die Sterne markiert, die etwa gleich hell sein müssten.

Sobald es dunkel genug ist, ab ca. 23.00 Uhr lohnt sich die Suche. Erst nach 1.00 Uhr ist der Schlangenträger zu tief am Himmel.

Direkt unter der Nova steht ein 9,3 mag heller Stern.

Das dritte Bild zeigt den Verlauf des Ausbruchs von 2006. Es könnte also durchaus passieren, dass die Nova heute Abend noch deutlich heller ist.

AG Carina kämpft ums Überleben...

 Das Hubble Space Teleskop HST hat zu seinem 31.jährigen Jubiläum den 20000 Lichtjahre entfernten Stern AG Carina fotografiert.

Das ist ein sog. LBV (Luminous Blue Variable).

Durch mehrere Explosionen vor vielen tausend Jahren hat er eine inzwischen 5 Lichtjahre große Hülle abgestoßen, die allein das Zehnfache der Sonnenmasse an Materie enthält.

Durch diese riesige abstrahlende Fläche kommt der Stern auf millionenfache Sonnenleuchtkraft.

AG Carina hat etwa 70 Sonnenmassen und ist damit an der oberen Grenze des Stabilitätsbereichs. Immer wieder drückt der Strahlungsdruck den Stern auseinander.

Durch Abblasen der Hülle kommt er dann wieder in ein vorübergehndes Gleichgewicht, in dem die Gravitation dem Strahlungsdruck Paroli bieten kann.

Aber letztlich wird er den Kampf ums Überleben verlieren. Massereiche Sterne haben nur eine kurze Lebensphase von wenigen Millionen Jahren. Und AG Carina hat davon schon das meiste hinter sich.

Bilder: NASA; ESA

Bild 1: Weitwinkelaufnahme mit AG Carina in der Mitte

Bild 2: Herangezoomt...

Die blauen Blasen sind Staubklumpen, die vom Stern angeleuchtet werden. Das rötliche Licht kommt von Wasserstoff und Stickstoff.

Warum wir da sein können, Teil 6: Der Hoyle-Zustand vom Kohlenstoff

 Unser Leben auf der Erde basiert auf Kohlenstoff, das Element, was die meisten Verbindungen eingehen kann.

Wo kommt der Kohlenstoff her?

Alle Elemente sind durch Verschmelzung leichterer Atomkerne entstanden. So hat Wasserstoff Helium gebildet, Helium den Kohlenstoff, die beiden zusammen dann Sauerstoff u.s.w.

Solche Kernfusionsprozesse erfordern hohe Temperaturen, denn die positiv geladenen Atomkerne stoßen sich stark ab.

Auch bei hohen Temperaturen funktionieren die Fusionen nur, weil der sog. Tunneleffekt nachhilft. Da alle Atomkerne auch Welleneigenschaften haben, prallen die Wellen nicht einfach ab, sondern sie können sich etwas durchdringen (das nennt man Evaneszenz, eine Erscheinung, die auch bei der Totalreflexion bekannt ist und auch bei Touchscreens eingesetzt wurde) .

Beim Urknall lagen zwar auch hohe Temperaturen vor, aber nur für sehr kurze Zeit stimmten Temperaturen und Dichten so, dass aus Wasserstoff Helium wurde. Danach war der Kosmos für weitere Fusionen zu groß und zu kühl.

Das sollte dann dem Inneren der Sterne vorbehalten sein.

Dort kennt man die Heliumfusion zu Kohlenstoff als "Helium-Brennen".

Was passiert dabei?

Helium hat zwei Protonen, Berylium vier Protonen. Da jeweils auch gleich viele Neutronen vorkommen spricht man von He 4 und Be8.

Bei der Fusion von zwei He4-Kernen bildet sich Be8, das aber sofort wieder zurück zerfällt in zwei Heliumkerne, also sehr instabil ist. Deswegen war beim Urknall bei Helium Schluss...

Im Inneren der Sterne ist aber die Dichte so hoch, dass in der extrem kurzen Zeit, in der das Beryllium existiert, ein dritter He4-Kern dazu kommen kann.

Dabei entsteht ein hochangeregter (d.h. mit viel Energieüberschuss versehener) C12-Kern.

Das schauen wir uns mal in Bildern an (aus sternentstehung.de):

Beim Urknall:

Im Sterninneren:

Das nennt man den 3-Alpha-Prozess, weil Heliumkerne auch als Alphateilchen bezeichnet werden.
 

Die Energien der beiden Kerne Be und He ist gerade so groß, dass sich ein halbwegs stabiler Zustand für den C12-Kern bildet. Man nennt das eine Resonanz. Wären Be8, He4 und C12 nicht in Resonanz, würde diese Reaktion so selten sattfinden, dass wir kein Kohlenstoff hätten (und auch keine Überriesen, die Gold und Staub produzieren). Das wären schlechte Bedingungen für uns... 

Dieser resonante Zustand des Kohlenstoffs heißt auch Hoyle-Zustand nach Fred Hoyle.

Damit der Hoyle-Zustand durch den 3Alpha Prozess erreicht wird und sich damit Kohlenstoff bilden kann, müssen wohl extrem feine Abstimmungen vorliegen.

Wie fein, wird man nun berechnen können, denn seit einigen Jahren lässt sich der Hoyle-Zustand quantenmechanisch beschreiben.

 

Sternenhimmel im Januar 2021

 

Lebens - Zyklus der Sterne am Winterhimmel: Vom Leben der Sterne

Das wichtigste astronomische Ereignis des Januars findet am Nachmittag des 14.1. zwischen 17 Uhr und 17.20 Uhr statt. Die gerade einen Tag alte sehr schmale Mondsichel ist tief im Südwesten zu sehen, rechts oberhalb von ihr steht der Planet Merkur und weiter rechts unterhalb findet man, vielleicht zum letzten Mal für viele Monate, den Gasplaneten Jupiter. Saturn, der in den letzten Monaten immer dicht bei Jupiter stand, ist schon untergegangen. Ein Fernglas kann beim Aufsuchen sehr hilfreich sein.

 Im Januar wird der Sternenhimmel im Südosten durch die markanten Wintersternbilder geprägt. Am bekanntesten ist der Orion, der Himmelsjäger. Vier Sterne bilden den Körper des Jägers, Rigel steht am rechten Fuß und Beteigeuze ist der linke obere Schulterstern.

Beides sind Riesensterne, der Radius von Beteigeuze (Entfernung 530 Lichtjahre) liegt bei 500 Millionen km, das ganze innere Planetensystem hätte in ihr Platz. Rigel ist da bescheidener, er hat gerade 10% des Durchmessers von Beteigeuze, er würde aber immerhin noch an die Bahn des Planeten Merkur reichen.

Auffällig sind die drei Gürtelsterne des Orion, deren Verbindungslinie nach links unten auf den hellsten Stern des Sternenhimmels, den Sirius im Sternbild „Großer Hund“, zeigt.

Vor einem Jahr war Beteigeuze vorübergehend deutlich lichtschwächer. Sie hatte im Herbst 2019 eine Gas- und Staubwolke ausgestoßen und sich dadurch selbst für einige Monate abgedunkelt.

Unterhalb der Gürtelsterne bilden lichtschwache Sterne und ein wolkenartiges Gebilde das Schwertgehänge des Himmelsjägers.

Das kleine Wölkchen erweist sich im Fernrohr als gigantische Gas- und Staubwolke, die von jungen Sternen (den sog. Trapezsternen im Zentrum der Wolke) angestrahlt und zum Leuchten gebracht wird. Dieser 1350 Lichtjahre entfernte immerhin 30 Lichtjahre ausgedehnte Orionnebel ist Teil einer gigantischen Molekülwolke, die sich über das gesamte Orion-Sternbild erstreckt.

In solchen Molekülwolken bilden sich neue Sterne und Planeten. An den Oberflächen von Staubteilchen haben sich Eisschichten abgelagert, in denen Unmengen an organischen Substanzen eingefroren sind. Es gibt dort Aminosäuren, Blausäure und Alkohole.

Aus den Eis-Staub-Gemischen werden sich Kometenkerne bilden, die um die entstehenden jungen Sterne kreisen. Die meisten von ihnen verschmelzen zu Planeten, der Rest bringt später Wasser und organische Substanzen auf die Planeten zurück.

Der erste Schritt zum Leben scheint also schon vor der Bildung der Sterne in solchen Wolken wie dem Orionnebel stattzufinden. Die Unmengen an organischen Substanzen, die wir dort finden, deuten darauf hin, dass Leben ein kosmisches und nicht nur ein irdisches Phänomen sein muss.

 Rechts des rötlich leuchtenden Riesensternes Aldebaran (Entfernung 67 Lichtjahre) im Sternbild Stier steht eine V-förmige Gruppe junger Sterne, die Hyaden und rechts oberhalb davon  findet man den jungen Sternhaufen Plejaden, das Siebengestirn. Solche offenen Sternhaufen sind die Kinderstuben der Sterne. Auch der Orionnebel wird sich in Millionen von Jahren in einen offenen Sternhaufen umgewandelt haben.

Plejaden und Orionnebel zeigen uns Anfangszustände von Sternen. Die Riesensterne Rigel und Aldebaran sind alte, am Ende ihres Lebenszyklus angekommene Sterne. Die Sonne hat sich in etwa 5 Milliarden Jahren zu einem solchen Riesenstern aufgebläht, so dass die Gesteine der Erde schmelzen werden.

Alle Riesensterne schrumpfen dann wieder zu Erdgröße, sie werden zu einem Weißen Zwerg, glühen aus und erkalten. Der helle Stern Sirius im Großen Hund wird von einem solchen Weißen Zwerg umkreist.

Den auch an seinem Lebensende angekommenen Stern Beteigeuze erwartet aber ein anderes Schicksal. Solche massereichen Sterne können nicht zu Weißen Zwergen werden, sie kollabieren am Ende durch ihr eigenes Gewicht, wandeln den inneren Kern in einen Neutronenstern oder gar ein Schwarzes Loch um und schleudern die restliche Materie durch eine gewaltige Explosion (Supernova) in den Kosmos. Die Explosionswolke reichert die Umgebung mit schweren Elementen an und trägt somit zur Verbesserung der Entstehungsbedingungen für Planeten und Leben in der nächsten Sternengeneration bei.

  Planeten im Januar:

Merkur: Ab dem 14.1. abends im SW bis kurz vor Monatsende als Abendstern zu sehen

Venus: Noch Morgenstern vor Sonnenaufgang tief im SO

Mars: Fast die ganze Nacht hell leuchtend von Süden nach Westen ziehend

Jupiter: Verschwindet im SW in der Abenddämmerung

Saturn: Unbeobachtbar zu dicht bei der Sonne

Uranus: Im Fernglas am 20.1. dicht unterhalb von Mars zu sehen.

 

Sternkarte: Sternenhimmel Mitte Januar gegen 20.00 Uhr in südöstlicher Richtung. (Bernd Holstein, AAK)