Sternentod - Das letzte Leuchten großer Sonnen

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch das Universum, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Kennst du schon unsere anderen Schlafreisereien wie Schlafreise durch vergessene Welten oder durch die Natur? Lass dich an diesem Abend mitnehmen auf eine Reise zu den größten und leuchtkräftigsten Objekten, die unser Universum hervorbringt, eine Reise zu den massereichen Sternen. Jenen kosmischen Giganten, deren Leben in einem Feuerwerk endet, das ganze Galaxien für kurze Zeit überstrahlen kann. Heute begleiten wir diese Sterne auf ihrem Weg vom strahlenden Glanz bis zu ihrem letzten gewaltigen Aufleuchten und darüber hinaus.

0:46 Stell dir einen Stern vor, vielleicht denkst du an unsere Sonne, dieses warme, vertraute Licht, das jeden Morgen den Himmel über deiner Heimat erhellt. Unsere Sonne ist ein freundlicher, mittelgroßer Stern, ein gelber Zwerg, der seit etwa viereinhalb Milliarden Jahren stabil vor sich hinleuchtet.

1:07 Doch im weiten Kosmos gibt es Sterne, gegen die unsere Sonne wie eine kleine Kerze wirkt. Sterne, die 1020, 50 oder gar mehr als 100 mal so viel Masse besitzen wie unsere Sonne, Sterne, deren Durchmesser so unvorstellbar groß ist. Dass sie, würde man sie an die Stelle unserer Sonne setzen, die Bahnen der inneren Planeten verschlingen würden, manche sogar die Bahn des Jupiter. Diese kosmischen Riesen führen ein kurzes, aber atemberaubend intensives Leben, während unsere Sonne insgesamt etwa 10 Milliarden Jahre lang stabil leuchten wird, leben die wirklich massereichen Sterne nur wenige Millionen Jahre. Sie verbrennen Ihren Brennstoff in einem solchen Tempo, dass sie förmlich durch ihr Dasein rasen.

1:59 Ein Stern mit 30 Sonnenmassen lebt vielleicht nur 6000000 Jahre, während die kleinsten roten Zwergsterne hunderte Milliarden Jahre überdauern können, weit länger als das aktuelle Alter des Universums. Lass uns gemeinsam in diese Welt eintauchen. Stell dir vor, du Schwebst durch das Weltall, schwerelos, sicher und geborgen die Dunkelheit um dich herum ist nicht bedrohlich, sondern weich und tragend.

2:30 Vor Dir entsteht ein Stern aus einer riesigen Wolke aus Wasserstoff, Helium und feinem Staub, einer sogenannten Molekülwolke, ballt sich Materie zusammen, die Schwerkraft zieht die Gase enger und enger, der Druck im Inneren steigt. Die Temperatur wächst auf Millionen Grad. Schließlich erreicht das Zentrum den entscheidenden Punkt, an dem Wasserstoffkerne zu Helium verschmelzen können.

2:57 Die Kernfusion zündet, ein neuer Stern ist geboren, bei einem massereichen Stern geschieht dies mit einer Wucht und Geschwindigkeit, die schwer vorstellbar ist. Während kleinere Sterne sanft und langsam aufleuchten, durchläuft ein massereicher Stern seine Entstehungsphase. In nur wenigen 100000 Jahren. Er ist von Geburt an heißer, blauer und Leuchtkräftiger als seine kleineren Geschwister.

3:26 Seine Oberflächentemperatur kann 30000 40000, ja bis zu 50000 Kelvin erreichen, während unsere Sonne mit etwa 5700 Kelvin geradezu kühl wirkt. Diese heißen blauen Sterne strahlen mit einer solchen Intensität. Dass sie ihre eigene Geburtswolke regelrecht wegblasen, ihre Sternwinde ständige Ströme aus geladenen Teilchen sind 100 millionenfach stärker als der Sonnenwind unserer Sonne. Pro Jahr können Sie eine Materiemenge ins All schleudern, die dem Millionstel ihrer eigenen Masse entspricht. Klingt wenig, doch über die kurze Lebenszeit eines solchen Sterns summiert sich das auf gewaltige Mengen. Während du weiter durch diese sterngeschichte schwebst, lass uns einen Blick auf das Innere

4:19 eines massereichen Sterns werfen. In seinem Kern verschmelzen Wasserstoffkerne zu Helium, ähnlich wie in unserer Sonne, aber bei deutlich höheren Temperaturen und über einen anderen Reaktionsweg, den sogenannten CNO Zyklus Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff dienen dabei als Katalysatoren. Die selbst nicht verbraucht werden, aber die Verschmelzung beschleunigen. Diese Reaktion ist ungeheuer empfindlich gegenüber der Temperatur.

4:52 Steigt die Kerntemperatur, um nur 10%, verzwanzigfacht sich die Energieproduktion fast genau das Macht massereiche Sterne so verschwenderisch, sie verbrennen ihren Wasserstoffvorrat im Eiltempo nach einigen Millionen Jahren ist der Wasserstoff im Kern aufgebraucht. Was nun folgt, ist eine Kette von Ereignissen, die in immer kürzeren Zeitabständen abläuft, fast so, als würde sich der Stern in einen Strudel begeben, dessen sog mit jeder Umdrehung schneller wird, wenn der Wasserstoff im Kern erschöpft ist, zieht sich der Kern zusammen und heizt sich weiter auf, bei etwa 100000000 Grad zündet die nächste Stufe der Kernfusion, Heliumkerne verschmelzen über den sogenannten. 3 Alpha Prozess zu

5:43 Kohlenstoff 3 Heliumkerne, auch Alphateilchen genannt, fusionieren zu einem Kohlenstoffkern. Während dies geschieht, dehnen sich die äußeren Schichten des Sterns gewaltig aus. Aus einem heißen blauen Riesen wird ein noch viel größerer, kühlerer roter Überriese seine Oberfläche leuchtet nun nicht mehr blau.

6:09 Sondern in einem warmen, tiefen Rot oder Orange. Beispiele solcher roten Überriesen kennen wir auch am Nachthimmel beteigeuze im Sternbild Orion ist einer von ihnen, ebenso Antares im Skorpion, Beteigeuze hat einen Durchmesser von schätzungsweise 700 bis 1000 mal dem unserer Sonne würde man diesen Stern an die Stelle unserer Sonne setzen würde. Würde er die Erdbahn weit hinter sich lassen und vermutlich bis zur Bahn des Jupiter reichen?

6:40 Stell dir das einen Moment vor. Ein einziger Stern so groß, dass die innere Hälfte unseres Sonnensystems in seinem glühenden Inneren verschwinden würde. Doch das Leben eines roten Überriesen ist nur ein weiteres kurzes Kapitel, die Heliumfusion läuft sehr viel schneller ab als die Wasserstofffusion. Wo der Stern zuvor Millionen Jahre Wasserstoff verbrannte, verbrennt er nun in nur einigen 100000 Jahren sein Helium. Und was dann hier beginnt, ein faszinierender Abschnitt im Leben des Sterns, den Astronominnen und Astronomen die Phase der schweren Elemente nennen, wenn das Helium im Kern aufgebraucht ist, zieht sich der Kern erneut zusammen und erhitzt sich weiter.

7:28 Bei etwa 500000000 Grad beginnt der Kohlenstoff zu fusionieren. Aus Kohlenstoffkernen entstehen Sauerstoff, Neon und Magnesium. Diese Phase dauert nur noch wenige 100 bis wenige 1000 Jahre, es geht immer schneller weiter auf die Kohlenstoffphase folgt die Neonphase, die nur wenige Jahre dauert, dann die Sauerstoffphase, die in Monaten gemessen wird, schließlich die Siliziumphase. In der Silizium und Schwefel zu Eisen verschmelzen. Diese letzte stabile Brennphase dauert in einem massereichen Stern oft nur wenige Tage, manche Berechnungen sprechen sogar von nur 48 Stunden bis zu wenigen Wochen. Im Inneren des Sterns hat sich währenddessen eine bemerkenswerte Struktur gebildet, die Astronominnen und Astronomen oft mit einer Zwiebel

8:23 vergleichen. Im äußersten Bereich verbrennt noch immer Wasserstoff, darunter liegt eine Schale, in der Helium fusioniert. Weiter innen folgen Schalen aus Kohlenstoff, Neon, Sauerstoff und Silicium im Allerinnersten Kern aber sammelt sich etwas Bemerkenswertes an Eisen, Eisen ist das Element, mit dem die Geschichte der stellaren Kernfusion endet, denn die Fusion von Atomkernen setzt nur dann Energie frei. Wenn die entstehenden Kerne fester gebunden sind als die Ausgangskerne bei Eisen, ist diese Bindungsenergie pro Nukleon am höchsten.

9:04 Würde man Eisenkerne weiter verschmelzen, würde dies keine Energie mehr freisetzen, sondern Energie verbrauchen, damit ist die Energiequelle des Sterns versiegt, was nun folgt, ist eines der dramatischsten Ereignisse im gesamten Universum. Lass dich von der Vorstellung tragen. Du Schwebst weiterhin sicher in einer kosmischen Beobachterposition, weit entfernt, geschützt durch Raum und Zeit und siehst zu, wie ein massereicher Stern seinem Ende entgegengeht.

9:39 Im Kern des Sterns sammelt sich immer mehr Eisen, die Temperatur dort erreicht Werte von mehreren Milliarden Grad, der Druck ist unvorstellbar hoch. Doch ohne Energiequelle kann der Kern dem Druck der darüber liegenden Schichten nicht mehr standhalten. Die Elektronen, die bisher den Kern stabilisierten, werden in die Atomkerne hineingedrückt, sie verschmelzen mit den Protonen zu Neutronen, wobei winzige Teilchen, sogenannte Neutrinos, frei werden, innerhalb von Sekundenbruchteilen kollabiert der Kern aus einer eisernen Kugel von der Größe der Erde.

10:18 Wird ein Objekt von gerade einmal 20 bis 30 Kilometern Durchmesser. Die Materie wird so dicht zusammengepresst, dass ein Teelöffel davon auf der Erde mehr wiegen würde als ein ganzer Berg. Wir sprechen von Neutronenstern, Materie, einer Form von Materie, die so extrem ist, dass sie auf der Erde unmöglich existieren könnte, während der Kern in sich zusammenstürzt, fallen die äußeren Schichten des Sterns nach.

10:48 Sie prallen jedoch auf den nun unglaublich harten Neutronenkern und werden zurückgeschleudert. Gleichzeitig spielen die Neutrinos eine entscheidende Rolle, obwohl Neutrinos normalerweise kaum mit Materie wechselwirken, ist die Dichte hier so hoch, dass sie einen winzigen Teil ihrer Energie an die einstürzenden Schichten abgeben, das genügt, um eine gewaltige Stoßwelle anzutreiben, die den Stern in einer gigantischen Explosion zerreißt, die.

11:18 Eine Supernova ist geboren, eine Supernova vom Typ 2, also eine kernkollaps Supernova, setzt in wenigen Sekunden mehr Energie frei als unsere Sonne in ihrem gesamten 10 Milliarden Jahre langen Leben etwa 99% dieser Energie wird in Form von Neutrinos abgestrahlt, nur ein Prozent wird zu kinetischer Energie, der Ausgeworfenen Materie und nur etwa ein Hundertstel davon zu sichtbarem Licht.

11:48 Doch dieses eine Hundertstel des einen Prozents reicht aus, um eine ganze Galaxie für Wochen zu überstrahlen. Eine Supernova kann so hell werden wie 10 Milliarden Sonnen zusammen Beobachterinnen und Beobachter auf der Erde haben solche Sternenexplosionen seit Jahrtausenden registriert, im Jahr 1054 nach unserer Zeitrechnung beobachteten chinesische Astronominnen und Astronomen.

12:16 Einen neuen Stern im Sternbild Stier, der so hell war, dass er sogar tagsüber sichtbar blieb. 23 Tage lang. Heute sehen wir an dieser Stelle den Krebsnebel, eine prächtige, sich noch immer ausdehnende Wolke aus Gas und Staub, in deren Zentrum ein schnell rotierender Neutronenstern, ein sogenannter Pulsar, sitzt. Eine andere berühmte historische Supernova ereignete sich 1572 tychobrahe, ein dänischer Astronom, beobachtete sie ausführlich und erkannte, dass es sich tatsächlich um einen neuen Stern und nicht etwa um einen Kometen handelte. Diese Erkenntnis erschütterte das damalige Weltbild, das davon ausging, dass die Sphäre der Fixsterne ewig und unveränderlich sei.

13:10 Eine Supernova kann eben mehr verändern als nur die kosmische Materieverteilung. Sie kann auch unser Verständnis vom Universum verändern. Und dann gibt es noch SN 1987 a, die nächstgelegene Supernova der modernen Zeit, sie explodierte in der großen Magellanschen Wolke, einer Begleitgalaxie unserer Milchstraße, etwa 160000 Lichtjahre von uns entfernt.

13:38 Wenige Stunden vor dem optischen aufleuchten registrierten Neutrino Detektoren auf der Erde einer in Japan und einer in den Vereinigten Staaten und einer in Russland, einen Schauer aus Neutrinos. Das war der direkte Nachweis dessen, was wir gerade besprochen haben, der Kollaps eines massereichen Sterns sendet vor allem Neutrinos aus, und sie erreichen die Erde sogar früher als das Licht der Explosion.

14:05 Weil sie aus dem Inneren des Sterns ungehindert entkommen können, während das Licht erst durch die expandierenden Schichten dringen muss. Was bleibt nach einer solchen Explosion zurück? Das hängt von der ursprünglichen Masse des Sterns ab, bei Sternen mit etwa 8 bis 20 Sonnenmassen bleibt im Zentrum jener bereits erwähnte Neutronenstern zurück, ein Objekt von nur 20 bis 30 Kilometern Durchmesser.

14:34 Aber mit ein bis zweimal der Masse unserer Sonne. Die Dichte ist so unglaublich hoch, dass ein Würfel mit einem Zentimeter Kantenlänge auf der Erde 400000000 Tonnen wiegen würde. Neutronensterne sind faszinierende Objekte, sie rotieren oft mit irrwitziger Geschwindigkeit, manche bis zu 700 mal pro Sekunde, sie besitzen Magnetfelder, die Billionen mal stärker sind als das der Erde. Und sie senden gebündelte Strahlung aus, die wie der Lichtstrahl eines kosmischen Leuchtturms über das Universum streicht.

15:11 Wenn dieser Strahl bei seiner Drehung zufällig die Erde trifft, sehen wir regelmäßige Pulse und nennen das Objekt einen Pulsar bei noch massereicheren Sternen, jenen mit mehr als etwa 20 oder 25 Sonnenmassen, reicht selbst der Druck der Neutronen nicht aus, um den Kollaps zu stoppen. Die Materie stürzt weiter in sich zusammen, bis nichts mehr ihrem Fall Einhalt gebieten kann.

15:38 Es entsteht ein schwarzes Loch, ein schwarzes Loch ist ein Ort im Raum, an dem die Schwerkraft so stark ist, dass nichts mehr entkommen kann, nicht einmal das Licht, das ist es auch, was diesen Objekten ihren Namen gegeben hat, sie sind nicht direkt sichtbar, weil kein Licht von ihnen zu uns gelangt.

16:01 Wir können sie nur indirekt nachweisen, etwa durch ihre Wirkung auf umgebende Materie oder durch das Verhalten von Sternen, die sie umkreisen. Im Jahr 2019 gelang es Forschenden erstmals, ein schwarzes Loch direkt abzubilden. Das Event Horizon Telescope, ein weltweiter Verbund von Radioteleskopen, fotografierte das Supermassereiche schwarze Loch im Zentrum der Galaxie m 87. Auf dem Bild sehen wir einen leuchtenden Ring aus heißer Materie, der das schwarze Loch umgibt und in der Mitte einen dunklen Schatten, den Ereignishorizont. Wenige Jahre später folgte das Bild von Sagittarius A Stern, dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer eigenen Milchstraße, doch zurück zu unserer Reise, wir haben gesehen, wie ein massereicher Stern entsteht, wie

16:56 er lebt, wie er stirbt und was zurückbleibt. Doch die Geschichte ist damit noch nicht zu Ende. Eine Supernova ist nicht nur ein Ende, sondern auch ein Anfang in den unvorstellbar heißen Bedingungen einer Supernova Explosion entstehen schwere chemische Elemente, die unter normalen Umständen niemals entstehen könnten, in Sekundenbruchteilen werden Neutronen auf Atomkerne aufgebaut, die sich anschließend in schwerere Elemente umwandeln.

17:27 Dieser Prozess wird R Prozess genannt. Wobei das R für rapide steht, also schnell auch in den ruhigeren Phasen davor, etwa in den Brennschalen der späten Sternentwicklung oder in den Trümmern explodierter Sterne, entstehen schwere Elemente durch andere Prozesse, etwa durch den langsamen Essprozess. Diese Vorgänge erzeugen das Eisen in deinem Blut, das Calcium in deinen Knochen, den Sauerstoff in der Luft, die du atmest.

17:57 Dass Silithium in den Computerchips deines Smartphones das Gold in einem Schmuckstück, das Uran in einem Kraftwerk jeder schwerere Atomkern als Wasserstoff und Helium mit Ausnahme einer kleinen Menge Lithium ist in einem Stern oder bei einer Sternexplosion entstanden. Wir alle, du, ich, jeder Mensch, jede Pflanze, jedes Tier, jedes stäubchen Erde. Sind aus den Überresten längst gestorbener Sterne aufgebaut. Carl Sagan, ein berühmter amerikanischer Astronom, formulierte es einmal poetisch, wir bestehen alle aus Sternenstaub, und das ist keine Metapher, sondern wissenschaftliche Realität.

18:43 Die Materie, die bei einer Supernova ins All geschleudert wird, vermischt sich mit den weiten Wolken aus Gas und Staub, die unsere Galaxie durchziehen. Aus diesen angereicherten Wolken entstehen neue Generationen von Sternen, die wiederum Planeten um sich herum bilden können. Auf manchen dieser Planeten kann unter günstigen Bedingungen leben entstehen, aus toten Sternen wird Neues werden, unser eigenes Sonnensystem ist vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren aus einer solchen angereicherten Wolke entstanden, vermutlich trug eine nahe Supernova Explosion sogar dazu bei.

19:23 Dass die Wolke kollabierte und sich daraus unsere Sonne, die Erde und alle anderen Planeten bildeten. Wir verdanken unsere Existenz also direkt dem Tod früherer Sterne. Dass diese Vorstellungen einen Moment auf dich wirken, jedes Atom in deinem Körper, das schwerer ist als Wasserstoff, war einmal Teil eines Sterns, vielleicht eines roten Überriesen, der in einer gewaltigen Supernova zerrissen wurde.

19:53 Lange bevor unsere Sonne zu leuchten begann. Vielleicht entstand das Eisen in deinem Blut sogar bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne, einem Ereignis, das wir Kilonova nennen und das erst seit 2017 direkt beobachtet werden kann, dank der Gravitationswellendetektoren, die Forschende auf der Erde gebaut haben, im August 2017 nahmen die Detektoren Ligo in den Vereinigten Staaten.

20:22 Und virgo in Italien das Signal einer solchen Kollision auf 2 Neutronensterne in einer fernen Galaxie, etwa 130000000 Lichtjahre von uns entfernt, waren ineinander gestürzt. Die Erschütterung der Raumzeit, selbst eine Gravitationswelle, erreichte unsere Detektoren wenige Sekunden später registrierten Weltraumteleskope einen kurzen Gammablitz aus derselben Richtung. In den folgenden Tagen und Wochen wurde das Nachglühen der Kollision in nahezu allen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums beobachtet. Die Analyse zeigte, dass bei diesem einen Ereignis Schwermetalle in einer Menge entstanden waren, die mehrere 100 Erdmassen ausmachen würde, darunter beträchtliche Mengen Gold und Platin, das nächste

21:16 Mal, wenn du auf einen goldenen Ring blickst oder auf den Schmuck einer geliebten Person, denke daran. Diese Atome sind möglicherweise vor Milliarden Jahren bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne entstanden, geschmiedet im Feuer eines kosmischen Endkampfs, durch das All getragen und schließlich in die Wolke geraten, aus der unsere Erde entstand, während wir uns dem Ende dieser Folge nähern. Lass uns einen Moment innehalten und nachdenken, massereiche Sterne leuchten unfassbar hell.

21:50 Leben kurz, sterben spektakulär und hinterlassen die Bausteine für neue Welten. Sie sind die kosmischen Recyclingmaschinen, ohne die das Universum eine viel ärmere Welt wäre, eine Welt aus Wasserstoff und Helium, ohne Planeten, ohne Wasser, ohne Leben. Doch unter all den Welten, die wir kennen, gibt es bislang nur eine, auf der wir mit Sicherheit leben gefunden haben. Diese Welt ist klein.

22:18 Lau mit weißen Wolkenschwaden, überzogen mit Ozeanen und Wäldern, mit Wüsten und Eisfeldern, mit Bergen und Flüssen. Sie ist unsere Erde, und sie ist, soweit wir wissen, der einzige Ort im gesamten beobachtbaren Universum, an dem aus Sternenstaub denkende, fühlende, träumende Wesen geworden sind, während wir in den Weiten des Kosmos nach anderen Welten suchen.

22:46 Während wir Supernovae studieren und Neutronensterne erforschen, sollten wir nicht vergessen, wie kostbar und einmalig unser eigener Planet ist. Massereiche Sterne werden auch ohne uns weiter explodieren. Galaxien werden weiter rotieren, das Universum wird sich weiter ausdehnen, doch unsere Erde, dieses zerbrechliche, lebendige Juwel im All, braucht unseren Schutz. Wir alle tragen Verantwortung dafür, dass die nächsten Generationen unter dem gleichen Sternenhimmel staunen können, wie wir heute.

23:23 Und so endet unsere heutige Reise zu den massereichen Sternen, zu ihrem letzten Leuchten und zu dem, was sie uns hinterlassen haben. Du bist Sternenstaub, der das Universum betrachtet, lass diese Vorstellung dich tragen, sanft hinüber in den Schlaf.