Was sind Protosterne? Die Geburt und Bildung neuer Sterne

Einleitung

Sterne, jene brillanten Lichtpunkte, die über unseren Nachthimmel verstreut sind, beginnen ihr Leben auf ähnliche Weise: als Protosterne. Aber was genau sind sie? Wie entstehen sie, und welche Rolle spielen sie bei der Geburt eines Sterns? Tauchen wir ein in die faszinierende Welt der Protosterne, um ihre Geheimnisse zu lüften.

Ein Protostern ist ein junger Stern, der sich noch im Entstehungsprozess befindet. Er repräsentiert ein frühes Stadium in der Entwicklung eines Sterns. Dies geschieht, nachdem eine dichte Region in einer Molekülwolke kollabiert. Nach der Protostern-Phase beginnt der Stern die Hauptreihenphase, in der er den größten Teil seines Lebens verbringen wird.

Während dieser frühen Phase der Sternentstehung durchläuft ein Protostern viele Veränderungen. Er sammelt Masse an, wird heißer und beginnt schließlich, Kernfusion in seinem Inneren zu erzeugen. Diese Prozesse bestimmen die Eigenschaften des Sterns, wie seine Masse, Temperatur und Helligkeit, die sein gesamtes Leben prägen werden.

In diesem Artikel erkunden wir das Leben eines Protosterns, von seiner Entstehung in Nebel bis zu seiner Umwandlung in einen Hauptreihenstern. Wir untersuchen die physikalischen Prozesse, die dabei ablaufen, die Veränderungen, die er durchläuft, und die Bedeutung dieser Phase im größeren Kontext der Stern- und Planetenentstehung.

Protostern in Herbig-Haro 46/47.

Der Geburtsort der Sterne: Nebel

Protosterne bilden sich in Nebeln, riesigen Wolken aus Gas und Staub im Raum. Diese Regionen, oft als "Sternenkindergärten" bezeichnet, sind reich an Wasserstoff, dem Hauptbrennstoff für Sterne. Innerhalb dieser Wolken geschieht etwas Einzigartiges: Die Schwerkraft beginnt, das Gas und den Staub zusammenzuziehen.

Nebel sind faszinierende und wunderschöne Strukturen, die in verschiedenen Formen im Universum sichtbar sind. Einige, wie der Orionnebel, sind mit Teleskopen leicht zu sehen, während andere mehr verborgen sind. Diese Wolken können Hunderte von Lichtjahren groß sein und enthalten genug Material, um Tausende von Sternen zu bilden. Das Gas im Nebel besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, enthält jedoch auch andere Elemente und Staubpartikel.

Bildung eines Protosterns

1. Gravitationskollaps: Dieser Prozess beginnt, wenn eine Region innerhalb eines Nebels dicht genug wird, sodass die Gravitation das Material nach innen zieht. Ereignisse wie eine nahegelegene Supernova-Explosion, die das Gas und den Staub komprimiert, können diesen Prozess auslösen. Während die Gravitation das Gas und den Staub zusammenzieht, beginnen sich Klumpen zu bilden. Im Laufe der Zeit werden diese Klumpen dichter und heißer, da mehr Material hineinfällt.
2. Fragmentierung: Während der Nebel sich zusammenzieht, kann er in kleinere, dichtere Klumpen zerbrechen. Jeder dieser Klumpen kann potenziell einen neuen Stern bilden. Dieser Prozess wird als Fragmentierung bezeichnet und ist entscheidend für die Bildung mehrerer Sterne innerhalb desselben Nebels. Jedes Fragment wird weiterhin unter seiner eigenen Gravitation kollabieren, heißer und dichter werden.
3. Kernbildung: Das Material fällt weiterhin innerhalb dieser Klumpen nach innen und bildet einen dichten Kern. Dieser Kern ist der Protostern. Wenn sich mehr Material ansammelt, steigt die Kerntemperatur aufgrund des Drucks und der Reibung des einfallenden Gases. Diese Erwärmung führt dazu, dass der Protostern leuchtet, obwohl er noch kein echter Stern ist.

Die von Protosternen emittierte Energie liegt hauptsächlich im Infrarotbereich des Spektrums, was diese Objekte mit herkömmlichen Teleskopen schwer sichtbar macht.

Merkmale von Protosternen

1. Temperatur und Leuchtkraft: Protosterne sind noch nicht heiß genug, um Kernfusion in ihren Kernen zu erzeugen, aber sie sind aufgrund der Energie aus dem Gravitationskollaps immer noch ziemlich warm. Sie emittieren oft Infrarotlicht, wodurch sie mit Infrarotteleskopen sichtbar werden. Während sie weiterhin Material ansammeln, steigt die Temperatur ihres Kerns. Kernfusion beginnt, wenn der Kern heiß genug wird, und der Protostern wird zu einem Hauptreihenstern.
2. Akkretionsscheibe: Eine rotierende Scheibe aus Gas und Staub bildet sich um den Protostern und wird Akkretionsscheibe genannt. Material aus dieser Scheibe fällt auf den Protostern, wodurch dieser größer wird. Die Akkretionsscheibe ist entscheidend für die Bildung von Planeten und anderen Objekten in einem Sternsystem. Während der dichte Klumpen wächst, kann sich Material aus der Scheibe zu Planeten, Monden und anderen Himmelskörpern zusammenfügen.
3. Ausflüsse und Jets: Während sich der Protostern entwickelt, kann er Material in starken Jets entlang seiner Rotationsachse ausstoßen. Diese Jets helfen dabei, das umgebende Gas und den Staub zu klären, wodurch der junge Stern sichtbar wird. Die Jets entstehen, wenn die Magnetfelder des Protosterns mit seiner Akkretionsscheibe interagieren und Partikel vom Stern weg beschleunigen. Diese Jets erscheinen auf Bildern von Protosternen als helle Lichtstreifen und sind ein entscheidendes Zeichen der Sternentstehung.

Die Evolution eines Protosterns

Die Protosternphase ist relativ kurz in der Lebensdauer eines Sterns und dauert nur einige hunderttausend bis einige Millionen Jahre. Während dieser Zeit treten mehrere wichtige Veränderungen auf:

1. Erwärmung: Während mehr Material auf den Protostern fällt, steigt die Kerntemperatur. Die Temperatur steigt, weil die Gravitationsenergie in Wärme umgewandelt wird. Dieser Prozess setzt sich fort, bis die Kerntemperatur etwa 10 Millionen Grad Kelvin erreicht.
2. Zündung der Kernfusion: Wenn die Kernfusion beginnt, wird der Protostern zu einem Hauptreihenstern. Dies markiert das Ende dieser Lebensphase und den Beginn der langen, stabilen Periode des Sterns, in der Wasserstoff zu Helium verschmilzt. Kernfusion ist der Prozess, der Sterne antreibt und das Licht und die Wärme erzeugt, die wir von der Erde aus sehen. Für einen Stern wie unsere Sonne wird diese Phase etwa 10 Milliarden Jahre dauern.
3. Abstoßen der äußeren Schichten: Die starken stellaren Winde und Jets des Protosterns blasen schließlich das verbleibende Gas und den Staub weg, wodurch der neue Stern im sichtbaren Lichtspektrum (d.h. er ist jetzt für das menschliche Auge sichtbar) sichtbar wird. Dieses Abstoßen des Materials hilft, die Umgebung zu reinigen und dem jungen Stern zu ermöglichen, sich vollständig zu zeigen. Das verbleibende Material kann Planeten, Asteroiden und andere Objekte bilden, wodurch ein neues Sternensystem entsteht.

Was sind Protosterne?, Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=a-rUtp7Alh8

Die Rolle von Protosternen in der Sternentwicklung

Protosterne sind ein entscheidendes frühes Stadium in der Entstehung von Sternen. Ohne diese Phase würden Sterne, wie wir sie kennen, nicht existieren. Diese Phase legt den Grundstein für die Eigenschaften des Sterns, einschließlich seiner Masse, Zusammensetzung und potenziellen Lebensdauer. Das Verständnis von Protosternen hilft Astronomen, mehr darüber zu erfahren, wie Sterne entstehen und sich entwickeln, was wiederum Einblicke in die Bildung von Planeten und sogar die Bedingungen, die für das Leben erforderlich sind, bietet.

Das Studium von Protosternen hilft Wissenschaftlern auch, die Prozesse zu verstehen, die zur Entstehung verschiedener Sternarten führen. Zum Beispiel können massereiche Protosterne sich zu massereichen Sternen entwickeln, die ihr Leben in spektakulären Supernova-Explosionen beenden. Im Gegensatz dazu bilden kleinere Protosterne Sterne wie unsere Sonne, die eine längere und stabilere Lebensdauer haben.

Fazit

1. Protosterne sind die frühen Stadien der Entwicklung eines Sterns, und sie bilden sich in Nebel, riesigen Wolken aus Gas und Staub im Weltraum.
2. Die Entstehung eines Protosterns beginnt mit dem Gravitationskollaps, der dichte Kerne innerhalb des Nebels erzeugt.
3. Protosterne sind warm aufgrund des Gravitationskollapses und emittieren hauptsächlich Infrarotlicht. Sie haben Akkretionsscheiben aus Gas und Staub sowie starke Jets und Ausflüsse, die das umliegende Material entfernen.
4. Mit der Evolution der Protosterne steigt ihre Temperatur an. Wenn die Kerntemperaturen 10 Millionen Grad Kelvin erreichen, beginnt die Kernfusion, was ihre Umwandlung in Hauptreihensterne markiert. Stellare Winde und Jets räumen schließlich das verbleibende Gas und den Staub weg und machen sie für Menschen auf der Erde sichtbar.
5. Protosterne sind entscheidend für die Sternentstehung, da sie die Eigenschaften und die zukünftige Entwicklung eines Sterns bestimmen. Ihr Studium liefert wertvolle Einblicke in die Entstehung von Sternen und Planeten sowie in die Bedingungen, die für das Leben erforderlich sind.

References

1. Dunham, M. M.; et al. (2014). The Evolution of Protostars in Protostars and Planets VI. University of Arizona Press.
2. Myers, P. C. & Benson, P. J. (1983). "Dense Cores in Dark Clouds: II. NH3 Observation and Star Formation". Astrophysical Journal. 266: 309.
3. NASA - "Star Basics"