SN1987A

Wie lange leben Sterne?

Nicht alle Sterne sind gleich: Wenn sich eine große Molekülwolke unter ihrer eigenen Schwerkraft langsam zusammenzieht, bilden sich in ihr Verdichtungen ganz unterschiedlicher Größe. Und daraus entstehen schließlich auch Sterne unterschiedlicher Masse und Größe – die sich wiederum in Abhängigkeit von ihrer Masse ganz unterschiedlich entwickeln.

Zwei Aufnahmen eines Sternennebels. Auf dem Bild im sichtbaren Licht sind deutlich weniger Sterne zu erkennen als auf der Infrarotaufnahme.
Der Adlernebel im sichtbaren Licht und Infrarotbereich

Das eigentliche Leben eines Sterns beginnt, wenn Druck und Temperatur im Zentrum eines Gasballs groß genug geworden sind, um das Feuer der Kernfusion zu entzünden: Wasserstoff-Kerne verschmelzen zu Helium-Kernen, und dabei wird viel Energie frei. Da Wasserstoff das häufigste Element im Universum ist, bestehen auch Sterne zu etwa drei Vierteln aus Wasserstoff. Mit dem Beginn des Wasserstoff-Brennens haben sich Sterne also ein großes, aber trotzdem beschränktes Energiereservoir erschlossen.

Verschwenderische Riesen

Auf den ersten Blick könnte man nun meinen, ein großer und massereicher Stern müsse länger leben, da er mehr Wasserstoff enthält und damit ein größeres Energiereservoir besitzt. Doch dem ist nicht so. Denn die Riesen unter den Sternen gehen mit ihrem Energievorrat erheblich verschwenderischer um als die Zwerge. Die Leuchtkraft eines Sterns in der Phase des Wasserstoffbrennens – die Astronomen sprechen auch vom so genannten Hauptreihen-Stadium – wächst sogar mit der 3,5-ten Potenz der Masse. Ein Stern mit der zehnfachen Masse der Sonne strahlt also in der gleichen Zeit mehr als das 3000-fache der Energie ab wie unser Zentralgestirn – und verbraucht seinen Energievorrat entsprechend schneller.

Insgesamt ergibt sich, dass die Dauer des zentralen Wasserstoffbrennens umgekehrt proportional zur 2,5-ten Potenz der Sternmasse ist. Für die Sonne haben die Astronomen eine Lebensdauer auf der Hauptreihe von etwa elf Milliarden Jahren errechnet. Für kleine rote Zwergsterne mit einem Zehntel der Sonnenmasse dauert diese Phase dagegen fast 3,5 Billionen Jahre – ein Vielfaches des bisherigen Weltalters. Sterne, die deutlich weniger Masse als unsere Sonne enthalten, können also noch gar nicht ausgebrannt sein.

Ganz anders sieht es bei Riesensternen aus: Ein Stern mit der zehnfachen Masse der Sonne hat seinen zentralen Wasserstoffvorrat bereits nach knapp 35 Millionen Jahren verbraucht. Es sind also die großen, massereichen Sterne, die ihr Leben am schnellsten aushauchen. Tatsächlich sind es auch diese massereichen Sterne, die in einer gewaltigen Explosion als Supernova vergehen und dabei für kurze Zeit als „neuer Stern“ am Himmel aufleuchten.

Dramatisches Ende

Ein Ring aus leuchtenden Flecken.
Leuchtender Ring um den Supernova-Überrest 1987A

Wenn im Zentralbereich eines massereichen Sterns aller Wasserstoff verbraucht ist, wachsen dort Druck und Temperatur immer weiter an und es kommt zu weiteren Fusionsprozessen: Helium verbrennt zu Kohlenstoff und Sauerstoff, aus Kohlenstoff entstehen noch schwerere Elemente bis hin zu Eisen. Doch danach lässt sich aus der Kernfusion keine Energie mehr gewinnen – das Innere des Sterns stürzt zusammen und wird – je nach Masse – zu einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch, die Außenschichten werden in einer gewaltigen Explosion ins All katapultiert. All diese Prozesse nach der Hauptreihe laufen innerhalb immer kürzerer Zeiten ab und spielen im Vergleich zur Hauptreihe deshalb, was die Gesamtlebenszeit eines massereichen Sterns angeht, keine wesentliche Rolle.

Bei Sternen geringer oder mittlerer Masse wie unserer Sonne verläuft das Ende weniger dramatisch. Ist die Masse größer als ein Drittel der Sonnenmasse, so kommt es zwar auch für einige Millionen Jahre zur Fusion von Helium, aber Druck und Temperatur im Inneren reichen nicht für weitere Fusionsprozesse aus. Die Sterne blähen sich zu einem Roten Riesen auf, stoßen ihre Außenhüllen ab und fallen schließlich zu einem langsam über Jahrmilliarden abkühlenden Weißen Zwergstern zusammen.