Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

»erwachsenen« Stern. Damit hat der Stern, gemäß seiner Masse, seine Position auf der Hauptreihe im Hertzsprung-Russell-Diagramm erreicht.

4.3. Die Entwicklung eines massearmen Sterns
    Massearme und mäßig massereiche Sterne mit weniger als 8 Sonnenmassen durchlaufen in ihrem Leben sehr ähnliche Entwicklungsphasen. Sie können hier deshalb gemeinsam betrachtet werden. Nachdem ein solcher Stern die Hauptreihe erreicht hat, fusioniert er für 90% seines Lebens in seinem Innersten Wasserstoff zu Helium. Da die Temperaturen im Zentrum des Sterns am höchsten sind und das Wasserstoffbrennen dort somit am schnellsten abläuft, sind die Wasserstoffvorräte dort auch als Erstes aufgebraucht. Das Wasserstoffbrennen im Stern kommt also ausgehend vom Zentrum in immer weiteren Bereichen des Sterninneren zum Erliegen, während weiter außen in einer immer dünneren Schale weiterhin Wasserstoff zu Helium fusioniert wird. Das nun unveränderbare, inerte Sterninnere innerhalb dieser Wasserstoff-Brennschale beginnt zu kontrahieren und heizt sich dabei langsam auf, wodurch das Wasserstoffbrennen in der Schale an Intensität zunimmt. Oberhalb der Brennschale bläht sich der Stern dagegen sehr schnell auf und kühlt aus. Innerhalb sehr kurzer Zeit bewegt sich der Stern somit von der Hauptreihe weg an das untere Ende des Riesenasts.
    Am Riesenast kontrahiert der inerte Helium-Kern des Sterns und heizt sich dabei weiter auf, während die Wasserstoff-Brennschale immer schmaler und leuchtkräftiger wird. Die Sternhülle oberhalb der Brennschale dehnt sich kräftig aus. Während die Leuchtkraft des Sterns also stark zunimmt, kühlt sich seine Oberfläche um mehrere tausend Grad ab. Wegen seiner extrem großen Ausdehnung verringert sich auch die Schwerebeschleunigung auf der Oberfläche des Sterns.
    Auf halber Höhe des Riesenasts werden zum ersten Mal Elemente aus dem Inneren des Sterns durch riesige Konvektionsströme in der Sternhülle an seine Oberfläche transportiert. Dies ist ganz normales Sterngas, das aber nach dem Ablaufen des CNO-Zyklus im Zentrum und der Brennschale weniger Kohlenstoff und mehr Stickstoff als vorher und natürlich auch noch etwas mehr Helium enthält. Diese Elementveränderungen der Oberfläche können beobachtet werden und verraten, dass der CNO-Zyklus im Inneren abgelaufen ist.
    Das inzwischen sehr verdichtete Heliumzentrum ist nun heiß genug geworden, so dass bei ca. 100 Millionen Grad Kelvin die Heliumfusion zündet. Nun wird Helium zu Kohlenstoff und Sauerstoff im Kern fusioniert. In massearmen Sternen sorgt dieses Zünden für den sogenannten Helium-Flash. Die neue plötzliche Energiequelle heizt das Zentrum enorm auf und katapultiert den Stern auf eine neue Position im Hertzsprung-Russell-Diagramm, denn eine neue Lebensphase wurde eingeleitet. Im Vergleich zum Wasserstoffbrennen, welches im Fall der Sonne etwa 10 Milliarden Jahre dauert, vollzieht sich das Heliumbrennen innerhalb von nur noch ca. 100 Millionen Jahren, also einhundert Mal schneller.
    Das Helium-Kernbrennen sorgt dafür, dass die Leuchtkraft der Wasserstoff-Brennschale und auch die Gesamtleuchtkraft des Sterns wieder abnehmen. Zudem kontrahiert die Sternhülle, was wieder zu höheren Oberflächentemperaturen führt. Der Stern befindet sich nun auf dem Horizontalast. Bei mäßig massereichen Sternen ist das Zünden der Heliumfusion weniger dramatisch, so dass der Stern nicht auf den Horizontalast springt, sondern sich, wenn auch in recht kurzer Zeit, dorthin entwickelt. Die Sternstruktur auf dem Horizontalast ähnelt der auf der Hauptreihe, nur dass der Stern in seinem Inneren nun Helium zu Kohlenstoff und Sauerstoff und weiter außen in einer Brennschale immer noch Wasserstoff zu Helium fusioniert.
    Der Horizontalast wird vom sogenannten »klassischen Instabilitätsstreifen« durchzogen, einem streifenförmigen Gebiet im Hertzsprung-Russell-Diagramm, in welchem alle Sterne pulsationsveränderlich sind. Je nach Lage auf dem Horizontalast handelt es sich bei Sternen, die in ihrem Inneren Helium zu Kohlen- und Sauerstoff fusionieren, um pulsierende Sterne. Diese nach ihrem prototypischen Vertreter »Delta-Cepheiden« genannten Sterne spielen aufgrund ihrer Perioden-Leuchtkraft-Beziehung eine wichtige Rolle in der astronomischen Entfernungsbestimmung.
    Nachdem der Stern das gesamte Helium in seinem Inneren zu Kohlen- und Sauerstoff verbrannt hat, findet eine ähnliche Entwicklung statt wie am Ende des zentralen Wasserstoffbrennens. Am