10.1 Entstehung von Sternen

Question 1

Enstehung Sterne

Woraus? Welcher Prozess? Grundlage für Entstehung?

Answer 1

• Sterne entstanden im frühen Universum - und tun dies noch immer - aus interstellarer Materie (hauptsächlich Wasserstoff, weniger Helium, ein paar schwerere Elemente und Verbindungen).
• Der genaue Prozess, wie sich die ursprünglichen Materiewolken zu Galaxien verdichteten, ist nicht vollständig verstanden. Sie verdichteten sich zu Haufen von Riesensternen, die am Ende ihres Lebens explodierten und ihre schwereren Elemente (C, N, O,…) im Universum verteilten. Aus diesen und den leichteren Elementen entstanden neue Sterngenerationen. Unsere Sonne gehört aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung zur dritten Sterngeneration.
• Der Prozess, wie Sterne aktuell entstehen, ist jedoch gut erforscht: Grundlage dafür bildet eine interstellare Gaswolke.

Question 2

Wie verhalten sich Gase in einem großen Raum normalerweise?

Answer 2

• Gemäß der Thermodynamik verteilen sich Gase in einem Raum gleichmäßig (Entropie).
  Unter gewissen Bedingungen können sich die Teilchen einer solchen Gaswolke jedoch zusammenballen.  
  Das ist dann der Fall, wenn der Druck durch die Teilchenbewegung dem Gravitationsdruck der Gaswolke nicht mehr standhält:Dazu muss die mittlere kinetische Energie der Gasmoleküle (3/2 kT) geringer sein als die Gravitationsenergie:
• Anders ausgedrückt, wenn eine der beiden nachfolgenden Gleichungen erfüllt ist, dann kollabiert die Gaswolke und es entstehen Sterne:

M > √ (3 k T / 2Gm ) ^3 * 3/4πρ … Jeans-Masse A

• Die Bedingung für den Kollaps einer Gaswolke lässt sich auch durch ihren Radius R ausdrücken:

R> √9k* T / 8πGm*ρ
((T… Temperatur, m… Molekülmasse, ρ…Dichte des Gases)

Question 3

Was ist der grobe Ablauf der Entstehung eines Sterns?

Was passiert zudem mit der Gaswolke? Als wie viele entstehen Sterne?

Answer 3

• 1. Entstehung von Verdichtung (= Globulen) innerhalb der Wolke durch inhomogenen Kollaps der Wolke
• 2. Weitere Verdichtung an diesen Stellen (= Protosterne)
• 3. weitere Absorption von Masse, Erwärmung auf mehrere Millionen Kelvin
• 4. Start der Kernfusion im Inneren des neuen Sterns (mindestens 0,07 Sonnenmassen ~75 Jupitermassen bis maximal 120 Sonnenmassen [Sternwinde!])
• Durch die UV-Strahlung der jungen Sterne wird die Gaswolke “weggeweht”, wodurch säulenartige Strukturen, wie etwa in der obigen Grafik (Säulen der Schöpfung - Adlernebel) entstehen. Die Gaswolke weicht zurück, der junge Stern wird frei.
• Aufgrund der Tatsache, dass Sterne aus Gaswolken entstehen, entstehen sie niemals als einzelner Stern, sondern immer in Gruppen.

Question 4

Entfernungsmessung - Parallaxenmethode

Welche, englischer Begriff, Definition, (Zahlenangaben), Formel

Answer 4

1. Astronomische Einheit AE / astronomical unit AU - definiert als die mittlere Entfernung der Erde zur Sonne (entspr. der großen Halbachse) - hauptsächlich zur Verwendung innerhalb eines Sternsystems;
   1 AE = 149597870 km = 1, 49 * 10^8 km
2. Lichtjahr Lj / light year ly- definiert als die Strecke, die Licht in einem Jahr zurücklegt;
   1Lj = 9,4605 * 1012 km = 9, 4605 * 10^15 m
3. Parallaxensekunde (Parsec) pc / parallax second pc - definiert als die Entfernung, aus welcher der Erdbahnradius (AE) unter dem Winkel von 1” gesehen wird. Wird als Maß für Sternentfernungen verwendet;
   1 pc = 3, 08 * 10^16 m

1 pc = 3, 2633 Lj = 206264, 8 AE*

• Mithilfe der Parallaxenmethode lassen sich (von der Erdoberfläche aus) Entfernungen bis etwa 100 pc = 330 Lj vermessen. Unter Zuhilfenahme von Satelliten lassen sich solche Messungen deutlich weiter projizieren.

Distanz d (in Parsecs) = 1 / Parallaxenwinkel p (in Bogensekunden)