Starbirth

• Kann 3, 2024

Die Leute dachten einmal, Sterne seien ewig. Aber wir wissen jetzt, dass sie Lebenszyklen von Geburt und Tod haben. Hier ist die Geschichte, wie ein sonnenähnlicher Stern geboren wird.

Beginnen Sie mit einer riesigen Molekülwolke
Obwohl wir uns die Sonne als eine riesige Kugel aus brennendem Gas vorstellen können, ist ihr Zentrum viel dichter als Stahl. Doch Sterne werden in gemacht Nebel so verdünnt, dass ein Kubikzentimeter im Durchschnitt nur 100 Partikel enthält - ein Kubikzentimeter der Luft, die wir atmen, hat ungefähr 100 Billiarden Mal so viele.

Es scheint unglaublich, dass etwas so Wesentliches wie ein Stern aus etwas so Schwachem wie einem Nebel besteht. Die gigantischen Wolken sind jedoch über Entfernungen von mehreren zehn Lichtjahren verteilt. Obwohl sie dünn sind, kann ihre Gesamtmasse das Millionenfache der Masse des Sonnensystems betragen. Es gibt viel Material, aber welche Formen hat es?

Schwerkraft, der Bildhauer
Die Schwerkraft ist die Kraft, die einen Nebel zu etwas zusammenbricht, das dicht genug ist, um einen Stern zu bilden. Eine riesige Molekülwolke ist ein guter Ort für die Sternentstehung. Es hat nicht nur reichlich Material, es ist auch kalt genug, dass Atome zusammengekommen sind, um Moleküle zu bilden, und an einigen Stellen hat die Materie begonnen, sich zu verklumpen.

Die Stärke der Schwerkraft hängt von der Masse ab, sodass ein Bereich mit höherer Dichte mehr Materie hineinziehen kann, wodurch seine Masse und damit seine Anziehungskraft erhöht werden. In einigen Millionen Jahren kann so ein Nebel zusammenbrechen. Aber es ist wahrscheinlich, dass der Zusammenbruch etwas Hilfe haben wird. Es gibt eine Reihe möglicher Auslöser für die Sternentstehung, beispielsweise Supernova-Stoßwellen, die Materie zusammenschieben, um dichtere Regionen zu bilden.

Ein Nebel kollabiert nicht auf einmal. Die dichteren Regionen wachsen und die Wolke bricht auf. Deshalb bilden sich Sterne in Gruppen. Jedes Fragment kollabiert einzeln und ist ein potentieller Stern, dessen Masse wird seine Lebensgeschichte markieren. Der im Header-Bild gezeigte Sternhaufen der Plejaden ist ein Beispiel für eine Gruppe von Sternen, die sich aus derselben riesigen Wolke gebildet haben. Die Masse jedes einzelnen Sterns bestimmt, wie leuchtend er sein wird, wie lange er leben wird und wie er sterben wird. Einige Fragmente haben nicht genug Masse, um Sterne zu bilden, können aber werden braune Zwerge, gescheiterte Sterne. [Bildnachweis: Greg Hogan, EarthSky]

Die Fragmente
Die Fragmente erwärmen sich, drehen sich und kollabieren weiter.

Materie außerhalb der Zentralregion hat potentielle Gravitationsenergiewie Wasser, das von einem Damm zurückgehalten wird. Wenn es in die Mitte fällt, wird die potentielle Energie kinetisch (Bewegungs-) Energie und Wärme werden freigesetzt.

Drehimpuls ist das Maß für die Drehung eines Objekts unter Berücksichtigung seines Radius und seiner Geschwindigkeit. Die Riesennebel drehen sich sehr langsam. Aber Drehimpuls ist konserviert - Das bedeutet, dass sich ein Wolkenfragment mit einem kleineren Radius schneller dreht. Ein beliebtes irdisches Beispiel ist ein Eisläufer, der eine Runde dreht. Sie beginnt mit ausgestreckten Armen. Wenn sie ihre Arme in ihren Körper zieht, ist der Radius der Drehung geringer, sodass sie sich ohne zusätzliche Anstrengung schneller dreht.

Wenn das Fragment zusammenbricht, beschleunigt sich daher seine Rotation. Und anstelle der unregelmäßigen Form des ursprünglichen Fragments wird es durch das Drehen kugelförmiger.

Der Protostern
Das Fragment enthält eine dichte zentrale Region, die zu a wird Protostern und dann ein Stern. Was übrig bleibt, ist Staub und Gas. Während es sich dreht, wird der lose Staub und das Gas in eine Scheibe um den Äquator des Protostars gedrückt. Aus dem Protostern kann sich eines Tages nicht nur ein Stern bilden, sondern daraus kann sich auch ein Planetensystem bilden protoplanetare Scheibe.

Der Protostern wächst durch Anziehen von Scheibenmaterial. Mit zunehmender Masse zieht es sich weiter zusammen. Die Gravitationskontraktion setzt viel Wärme frei. Das heiße Gas im Kern drückt nach außen und wirkt gegen die Schwerkraft. Obwohl der anfängliche Zusammenbruch vergleichsweise schnell erfolgte, verlangsamt er sich daher, wenn der Protostern heißer wird. Es dauert ungefähr eine Million Jahre, um die Temperatur auf eine Million Grad Celsius zu bringen, und das ist bei weitem nicht heiß genug, um ein Star zu werden.

Die meisten Sterne, die wir beobachten, sind Hauptsequenz Sterne. Ihre Wärme und ihr Licht stammen aus der Kernfusion von Wasserstoff in ihren Kernen. Damit die Kernfusion beginnen kann, muss die Kerntemperatur mindestens 10 Millionen ° C (18 Millionen ° F) betragen.

Ein Star ist geboren
Wenn die Wasserstofffusion beginnt, ist der Protostern ein richtiger Babystern. Aber es muss noch erwachsen werden, bevor es sich der Hauptsequenz anschließt.

In einem Hauptreihenstern besteht ein Gleichgewicht zwischen dem nach außen gerichteten Druck der Wärme aus der Kernfusion im Kern und der nach innen gerichteten Schwerkraft. Das nennt man hydrostatisches Gleichgewicht. Es dauert eine Weile, bis sich der Stern zusammengezogen hat und dieses Gleichgewicht hergestellt ist.

Die Masse des Sterns nimmt nicht zu, sobald die Kernfusion aufrechterhalten ist, da ein starker Sternwind das Scheibenmaterial wegbläst. Tatsächlich wird die staubige Scheibe innerhalb weniger Millionen Jahre vollständig entfernt.

Die Länge der Hauptsequenzlebensdauer eines Sterns hängt von seiner Masse ab. Sonnenähnliche Sterne leben ungefähr 10 Milliarden Jahre, also ist unsere Sonne in der Mitte ihres Lebens.Ein roter Zwerg mit der Hälfte der Sonnenmasse kann 80 Milliarden Jahre oder länger leben, was viel länger ist als das gegenwärtige Alter des Universums. Aber massive Sterne haben kurze Lebensdauern. Ein Stern, der zehnmal so groß ist wie die Masse der Sonne, hält nur 20 Millionen Jahre. Sterne bleiben in der Hauptsequenz, bis ihr Wasserstoffbrennstoff erschöpft ist.

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