Woher kommen wir? Wohin gehen wir? Das sind die zwei großen Fragen der Astronomie.
Was die eindeutige Beantwortung dieser beiden Fragen betrifft, hat die moderne astronomische Forschung in den vergangenen Jahren enorme Fortschritte gemacht. Natürlich steht dabei die Beobachtung spezieller Objekte, die durch ihre Entwicklungsgeschichte Antwort auf diese Fragen geben können, im Vordergrund.
Es sind zum einen die sterbenden Sterne und zum anderen die jungen Objekte, die im Zentrum der Beobachtung stehen.
Zunächst einmal ist anzumerken, dass rund 90% aller für uns beobachtbaren Sterne im Universum eine normale Lebensphase durchlaufen. Nur jeweils 5% sind den Kategorien „sehr alt“ bzw. „sehr jung“ zuzuordnen.
Doch zunächst zu dem Stern direkt „vor der Haustür“: Unsere Sonne hat nach neueren Erkenntnissen bereits 4,65 Milliarden Jahre ihres Lebens hinter sich. Damit ist sie ein Stern in den „besten Jahren“, denn würde man ihre Lebenserwartung von circa 10 Milliarden Jahren auf rund 100 Jahre entsprechend eines Menschenlebens herunterrechnen, hätte sie noch nicht einmal ihren 50. Geburtstag erreicht. Daran erkennen wir, dass wir uns um den universellen Energieerzeuger im Zentrum unseres Planetensystems keine Gedanken machen müssen und dass, obwohl er pro Sekunde etwa 600 Millionen Tonnen Wasserstoff in 596 Millionen Tonnen Helium umwandelt. Gut 4 Millionen Tonnen Materie werden entsprechend der Einsteinschen Formel E = mc² in reine Energie verwandelt. Trotz dieses enormen Masseverlustes besitzt unsere Sonne noch 98 % der Masse, die sie während ihres Entstehungsprozesses vor knapp fünf Milliarden Jahren auf sich vereinigen konnte.
Wollen wir jedoch Sterne in anderen Phasen ihrer Entwicklung betrachten, müssten wir zum Teil weit hinaus in das Weltall schauen.
Ein Stern, der ähnlich aufgebaut ist wie unsere Sonne und auch über eine ähnliche Masse verfügt, verändert sich zu Beginn seines Todeskampfes nach einer Lebensdauer von acht bis zwölf Milliarden Jahren bereits dramatisch. Das liegt daran, dass zu diesem Zeitpunkt nun im Zentrum des sterbenden Sterns das zuvor erzeugte Helium verbrannt wird, was sich mit den äußeren Wasserstoffschichten nicht verträgt: Es setzt das so genannte Schalenbrennen ein. Vor wenigen Wochen gelang dem Hubble Space Telescope eine eindrucksvolle Aufnahme genau eines solchen Objektes.
Am Ende dieser von Stoßwellen geprägten Übergangsphase stoßen die sterbenden Sterne ihre komplette äußere Hülle explosionsartig ab (M27).
Dieses finale Ereignis des totgeweihten Sterns dauert nur wenige Stunden. Danach dehnt sich über Jahrtausende hinweg eine Wasserstoffwolke in sämtliche Richtungen aus und zerstört alle bis dahin noch existierenden Planeten, die einst gemeinsam mit dem Stern entstanden waren. Der Sternenrest fällt in sich zusammen und wird Weißer Zwerg genannt (M97).
Diese Form des Endstadiums ist aber nicht mit einer Supernova zu verwechseln. Als Voraussetzung dafür muss ein Stern in seiner Frühphase mehr als acht Mal so viel Masse auf sich vereinen wie sonnenähnliche Sterne. Diese gigantisch großen Sterne leben im Vergleich zu unserem Hauptgestirn mit maximal 500 Millionen Jahren extrem kurz.
Alle diese Endstadien lassen sich auf den Entstehungsprozess zurückführen: Ein Stern wie unsere Sonne entsteht nur dann, wenn sich innerhalb einer Wasserstoffwolke durch die Konzentration von Masse ein Gravitationszentrum entwickelt (NGC 2024) (IC 1396 A).
Um den daraus entstehenden Protostern entwickelt sich eine protoplanetare Scheibe. Wie dieser Prozess des Werdens genau verläuft, haben Wissenschaftler der Freien Universität München in den vergangenen Jahren erforscht. Professor Til Birnstiel und sein Team benutzen dabei vor allem Computerprogramme, um die Struktur und den Entwicklungsverlauf von Scheiben um Sterne zu verstehen. Dort entstehen aus anfangs winzigen Staubpartikeln die späteren Planeten.
Die Forschenden des Exzellenzclusters ORIGINS der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) haben ein neues Modell entwickelt, welches unser Verständnis hinsichtlich der Entwicklungsphasen in der frühen Periode der Sternentstehung erweitert. Sie können damit erstmals aufzeigen, welche physikalischen Prozesse bei der Planetenentstehung eine Rolle spielen, wenn ringförmige Störungen in protoplanetaren Scheiben, so genannte Substrukturen, die Bildung von zum Beispiel Gasriesen auslösen. Die Ergebnisse der Studie stimmen mit jüngsten Beobachtungen überein und deuten darauf hin, dass die Bildung von Riesenplaneten effizienter und schneller ablaufen könnte als bisher angenommen.
Mit ihrem Modell zeigen die Forscher, wie sich kleinste Staubteilchen in der turbulenten Gasscheibe anhäufen. „Wenn ein Planet groß genug ist, um selbst die Gasscheibe zu beeinflussen, führt dies zu einer erneuten Staubanreicherung weiter außen in der Scheibe. Dabei treibt der Planet den Staub, ähnlich wie ein Hirtenhund seine Herde, in den Bereich außerhalb seiner eigenen Umlaufbahn“, erklärt Professor Til Birnstiel von der LMU.
Um zu verstehen, wo und wie diese Vielfalt entsteht, müssen die Astronomen versuchen, die Planetenbildung in den staub- und gasreichen Scheiben, welche die jungen Sterne umhüllen, zu beobachten. Ausgehend von den Modellrechnungen untersuchte ein großes internationales Team, bestehend aus Wissenschaftlern aus mehr als zehn Ländern, insgesamt 86 Sterne in drei verschiedenen Sternentstehungsgebieten unserer Galaxie, die zwischen 600 und 1600 Lichtjahren von der Erde entfernt sind. Dabei kamen sowohl das hochmoderne Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch Instrument (SPHERE) des Very Large Telescopes der ESO als auch das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zum Einsatz.
Das Team konnte mehrere wichtige Erkenntnisse aus den verschiedenen Aufnahmen gewinnen. Einerseits scheint bewiesen, dass die meisten Sterne in unserer Galaxie planetare Begleiter haben. Weiterhin deutet das ungleichmäßige Aussehen der Scheiben auf recht massereiche Planeten hin, die zu einer Verformung und Schieflage der Scheiben führen können. Gleichzeitig lässt sich daraus schließen, dass die Entstehung kleinerer Planeten mit festen Oberflächen sehr selten sein muss. Daher ist es auch nicht verwunderlich, dass bisher keine zweite Erde unter den mehr als 5000 Exoplaneten gefunden werden konnte.
Der Beantwortung der Frage, woher wir kommen, sind wir damit ein weiteres Stück nähergekommen: Einst bildete sich aus einer den jungen Stern Sonne umkreisenden Scheibe unsere Erde. Sie entwickelte sich zu einem einzigartigen Planeten, der heute eine riesige Artenvielfalt beheimatet. Das Erstaunlichste dabei ist, dass alle Atome, aus denen alle Bioformen entstanden sind, bereits in dieser frühen Wolke vorhanden waren. Natürlich besteht auch unser Körper aus diesen Atomen. Somit schauen wir gewissermaßen zurück auf unsere eigene Schöpfung.
Klaus Huch
Planetarium Halberstadt
Abbildungen:
- Image 1. Der Hantelnebel M 27 im Sternbild Fuchs zeigt die Überreste eines Roten Riesensterns, der vor rund 10.000 Jahre explodiert ist. Deutlich sind zwei Hauptstoßfronten zu erkennen.
- Image 2. Im Zentrum des Eulennebels M 97 befindet sich ein Weißer Zwergstern. Sein Vorgänger war ein Riesenstern, der vor ca. 8.000 Jahren eine Gaskugel erzeugte, die sich im Sternbild Großer Bär nahezu gleichmäßig ausbreitet.
- Image 3. Der Flammennebel NGC 2024 ist Teil des Orion-Komplexes, einem Sternentstehungsgebiet, zu dem unter anderem auch der Pferdekopfnebel und der Orion-Nebel gehören.
- Image 4. Der Elefantenrüsselnebel IC 1396 A ist eine Ansammlung von interstellarem Gas und Staub im Sternbild Cepheus. Der Nebel ist ein aktives Sternentstehungsgebiet und enthält eine Reihe junger Protosterne.
































