Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

Wissenschaftlerin. Immerhin geht mein Forschungsbereich direkt auf die von B 2 FH entwickelten Grundlagen zurück. Sie beschrieben z.B. den rapiden Neutroneneinfang-Prozess, den ich heute mit meinen Sternen weiter untersuche. Wenn es um meine Arbeit geht, bin ich sozusagen eine Enkelin der Burbidges, die die nukleare Astrophysik »experimentell« mit Sternbeobachtungen weiterführt.

3. Sterne, Sterne, mehr Sterne
    Damit alle Sterne Millionen und Milliarden von Jahren leuchten können, benötigen sie enorme Energiemengen. Diese Energie wird im Inneren der Sterne durch die dort ablaufenden Kernfusionsprozesse freigesetzt. Aber was genau passiert im Sterninneren bei diesen Vorgängen? Verlaufen diese Prozesse bei allen Sternen in gleicher Weise? Und wie sehr gleichen sich alle Sterne überhaupt untereinander? Diese und viele weitere Fragen, die sich mit den physikalischen Vorgängen in den Sternen beschäftigen, zeigen, dass es mit den Sternen eigentlich ähnlich wie mit den Menschen ist. Von weitem betrachtet sehen alle bis auf ihre Helligkeit und ihre Färbung für uns mehr oder weniger gleich aus. Schaut man aber etwas genauer hin, erkennt man, dass jeder seine eigene »Persönlichkeit« hat und dementsprechend ganz individuelle Erscheinungsmerkmale aufweist.

3.1. Der Kreislauf der Materie im Universum
    Ein Materiekreislauf von wahrhaft kosmischen Ausmaßen bildet die Grundlage für die Bildung und Entwicklung aller Sterne und Galaxien im Universum. Ein Überblick über diesen gigantischen Kreislauf, der in Abbildung 3.1 dargestellt ist, erleichtert das anfängliche Verständnis.

Abb. 3.1 : Der kosmische Materiekreislauf: Aus dem interstellaren Gas werden Sterne gebildet. Während ihrer Entwicklung werden neue Elemente in ihrem Inneren synthetisiert, die entweder durch Sternwinde, Planetarische Nebel oder Supernovaexplosionen wieder an das interstellare Medium zurückgegeben werden. Jede nachfolgende Sterngeneration besitzt deswegen einen etwas höheren Gehalt an schweren Elementen, »Metallen«, da sie aus einem immer weiter angereicherten interstellaren Medium gebildet wurden.
    Der Materiekreislauf begann einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall mit der Bildung der ersten riesigen Sterne. Sie entstanden aus gigantischen Gaswolken, die unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabierten und so das Gas zu einem Stern verdichteten. Zu dieser Zeit bestand das Universum noch aus der primordialen Materie, also aus rund 75% Wasserstoff, 24% Helium und Spuren von Lithium. Nach einem kurzen Leben von nur wenigen Millionen Jahren explodierten diese ersten Elementfabriken bald als mächtige Supernovae. Die schon zu Lebzeiten der Sterne und besonders während ihrer Explosionen neugebildeten Elemente wurden von der Wucht dieser Supernovae nun weit ins All geschleudert. Die zunächst noch »unverschmutzte« primordiale Materie wurde damit durch die erste Generation von Sternen schlagartig für immer verändert. Die chemische Entwicklung war eingeleitet worden.
    Die Existenz neuer Elemente im Universum hatte weitreichende Konsequenzen. So hängen z.B. die chemischen und physikalischen Eigenschaften jedes Gases von seiner jeweiligen chemischen Zusammensetzung ab. Man kann sich das Universum zu diesem Zeitpunkt wie einen großen Suppentopf vorstellen. Eine klare Brühe köchelt langsam vor sich hin. Wenn man etwas davon kosten würde, würde es wahrscheinlich eher fad schmecken. Was fehlt? Etwas Salz natürlich. Die Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium, sind für das Universum, was das Salz für die Suppe ist. Nur in kleinsten Mengen vorhanden, verändern sie doch den »Geschmack«, also das Verhalten des Gases enorm.
    Mit dem Vorhandensein dieser ersten schwereren Elemente kam der Materiekreislauf dann richtig in Schwung. Eine nächste Generation von Sternen bildete sich nun aus einem Gasgemisch, das eine etwas andere chemische Zusammensetzung hatte als das der allerersten Sterne zuvor. Diese neuen Sterne bestanden also nicht mehr aus primordialer Materie, sondern aus »gesalzenem« Gas.
    Dank der neuen Elemente konnte das Gas erstmals so weit abkühlen, dass auch immer kleinere Anteile einer Gaswolke zu Sternen kollabierten. So konnten leichtere Sterne als die Kolosse der ersten Sterngeneration gebildet werden. In ihrem Inneren produzierten alle Sterne zur Energiegewinnung neue Elemente. Die massereicheren dieser zweiten und der darauf folgenden Stern-Generationen beendeten ihre kurzen Leben in enormen