Zeitung Heute : Ein Universum voller Zwillinge Was die Entstehung von Sternen und Planeten

in der Milchstraße bis heute in Gang hält

Thomas de Padova

Das Werden und Vergehen unterliegt eigentümlichen Gesetzmäßigkeiten. So werden die Menschen in Deutschland immer älter, die Geburtenrate sinkt aber drastisch. Zwillinge sieht man heute dennoch öfter als früher, weil Frauen später schwanger werden und sich zahlreicher Hormonbehandlungen unterziehen. Unter 1000 Deutschen gibt es 12 bis 14 Zwillinge. Bei Neugeborenen jedoch ist ihre Zahl in den letzten Jahren gestiegen.

Im Kosmos haben wir es mit einem ähnlichen Phänomen zu tun. Die Sterne der ersten Generationen waren viel schwerer als unsere Sonne und lebten nur kurz. Seither werden Sterne immer älter. Aber die Geburtenrate ist stark zurückgegangen. Immer weniger neue Sterne erzeugen das Licht der Welt. Trotzdem sieht man im Weltall heute allenthalben Zwillinge. Etwa 60 Prozent aller Sterne in unserer Milchstraße sind Doppelsterne, viele von ihnen haben sogar noch mehr Geschwister. Unsere Sonne als Einzelstern ist da schon eher die Ausnahme.

Wer sich vor Augen führt, dass in unserer Milchstraße seit mehr als dreizehn Milliarden Jahren immer wieder neue Sterne und mit ihnen Planeten entstehen, die erst die Grundlage alles Lebendigen sind, dem erscheint die Metapher von der „toten Materie“ vielleicht ein bisschen abschätzig. Warum haben sich nicht alle Sterne kurz nach dem Urknall gebildet, um dann zu erlöschen? Warum gibt es in jeder Galaxie einen Kreislauf der Materie, der aus den Rohstoffen alter wieder neue Sterne und Planeten macht? Was hält diesen Prozess in Gang?

Betrachten Sie einmal das Foto auf dieser Seite, das Astronomen mit dem Weltraumteleskop „Hubble“ gemacht haben. Es zeigt den Eskimo-Nebel im Sternbild Zwillinge. Er sieht ein bisschen so aus wie ein von einer Pelzmütze umrahmtes Eskimo-Gesicht. In der Mitte dieses farbenprächtigen Nebels sitzt ein sterbender Stern, der seinen Brennstoff nahezu aufgebraucht hat. In einem letzten Aufbäumen hat er seine leuchtende Gashülle in mehreren Eruptionen abgestoßen. Die Gashülle nimmt mittlerweile einen Raum ein, der etwa 500mal so groß ist wie unser gesamtes Sonnensystem.

So wie dieser Zwergstern in den Zwillingen schütteln viele Sterne am Ende ihres Lebens ihre Außenhaut ab. Obschon die sichtbare Materie unserer Milchstraße zu 90 Prozent in den Sternen steckt, fließen immer wieder Gas und Staub an das interstellare Medium zurück. Dieses Rohmaterial steht für die Entstehung neuer Sterne und Planeten zur Verfügung.

Massereiche Sterne tragen erheblich mehr zum Materiekreislauf bei als kleine. Sie fristen ein kurzes Dasein, weil sie mit dem Brennstoff verschwenderisch umgehen. Ein Stern, der 30mal so schwer ist wie unsere Sonne, lebt zehn Millionen Jahre, die Sonne dagegen tausendmal länger: etwa zehn Milliarden Jahre. Massereiche Sterne haben zudem ein abruptes Ende. Sie sprengen am Ende ihrer Lebensspanne die Gashülle in einer gigantischen Explosion weg: in einer Supernova.

Dabei setzt der Stern in kürzester Zeit noch einmal so viel Energie frei wie zuvor während seiner ganzen Jugend. Das heiße Gas dehnt sich aus, die Explosion hinterlässt eine riesige Blase im interstellaren Medium. Eine Art Bugwelle läuft vor dieser Blase her und schiebt das Material in der Umgebung zusammen. Trifft sie auf eine kalte, kompakte Gaswolke, kann sie diese so weit zusammendrücken, bis die Wolke schließlich unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabiert: Sie verdichtet sich zu neuen Sternen.

In der Milchstraße bilden sich jedes Jahr ungefähr ein bis zwei neue Sonnen. „Supernovae triggern die Entstehung der nächsten Sternengeneration“, sagt Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg.

Womöglich liefern die explodierenden Sterne auch einen Großteil der Energie, die den Wechsel der Generationen vorantreibt. Denn falls es unter den neu entstandenen Sternen wieder sehr massive, kurzlebige gibt, dann kommt es nach einigen Millionen Jahren erneut zu Supernova-Explosionen. Auf diese Weise könnte sich die Sternengeburt immer weiter in der Milchstraße fortpflanzen und die Spiralarme ihrer Scheibe hell aufleuchten lassen. Doch ist dem so?

Henning und seine Kollegen versuchen, die Geburt von Sternen direkt zu beobachten. „Die Scheibe der Milchstraße enthält nicht nur heißes Gas, sondern auch kühle Komponenten“, sagt er. „Da schauen wir mit unseren Instrumenten hin. Denn Gaswolken, die zu Sternen werden, müssen zunächst sehr kalt sein.“

Die Wiegen der Sterne sind bis zu minus 260 Grad kalte Inseln inmitten der Spiralarme unserer Milchstraße. Je kälter eine Gaswolke, umso weniger widersetzt sie sich der Kompression durch die eigene Schwerkraft. Chemische Elemente wie Kohlenstoff spielen eine wichtige Rolle als Kühlmittel und Geburtshelfer. Kohlenmonoxid-Moleküle etwa strahlen Energie nach außen ab. „Sie kühlen die Wolken sehr effektiv“, sagt Henning. Seit es derartige chemische Stoffe in größeren Mengen gibt, weil vorhergehende Sternengenerationen Kohlenstoff und Sauerstoff erbrütet haben, können sich auch kleinere Gaswolken zu Sternen verdichten. So kommen Sterne zur Welt, die älter werden als ihre Vorgänger.

„Die meisten Molekülwolken haben grundsätzlich genügend Masse, um einen Riesenstern zu bilden.“ Das geschehe jedoch sehr selten, sagt der Physiker. Sterne bilden sich in Paaren oder in größeren Haufen. Warum das so ist, würde Henning gerne herausfinden.

Wären ihre Geburtsstätten nicht so dicht, dass sie kaum einen Lichtstrahl passieren lassen, könnte er bei ihrer Entstehung zuschauen. Doch um sich ein ungefähres Bild von den Vorgängen im Innern der Gaswolken zu machen, müssen er und andere Forscher versuchen, die Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) einzufangen, die von dort nach außen dringt.

Die Technik dafür haben deutsche Wissenschaftler und Unternehmen in den zurückliegenden Jahrzehnten maßgeblich mit entwickelt. Erschwert wird ihre Arbeit allerdings dadurch, dass unsere Erdatmosphäre einen großen Teil der Wärmestrahlung verschluckt. „Vom Erdboden aus sieht man nur wenig“, sagt Henning. „Es gibt in unserer Atmosphäre nur kleine Fenster im Infrarotspektrum.“

Für die ersten Beobachtungen frisch gebackener Sterne mussten die Teleskope mit Ballongondeln in große Höhen gebracht werden. Heute bauen die Heidelberger Forscher Instrumente für Weltraumteleskope. In Zusammenarbeit mit Firmen wie Carl Zeiss konstruieren sie unter anderem Teile der Teleskoptechnik für das neue Flaggschiff der Astronomie: das „James-Webb-Teleskop“, Nachfolger des Weltraumteleskops „Hubble“.

Henning ist einer der Forscher, die die Welt inzwischen mit anderen Augen sehen. Über seinem Arbeitstisch hängt ein Poster mit neun verschiedenen Ansichten der Milchstraße. Sie zeigen nicht nur das für uns sichtbare Licht, das von der Milchstraße ausgeht, sondern auch Radio-, Infrarot-, Gamma- oder Röntgenstrahlung. Einiges zeichnet sich aus den gewonnenen Daten schon ab.

„Auch die Gaswolken sind strukturiert, ihre Dichte ist nicht überall gleich.“ Sie können in mehrere Teile zerfallen, die sich gegenseitig das „Futter“ streitig machen. So kommt es zu Mehrlingsgeburten. Um die jungen Sterne herum sammeln sich Staub und Gas in dichten Scheiben, in denen Planeten wachsen können.

Noch hält die Sternentstehung an. „Aber wir leben in einer Epoche, in der sie weitgehend abgeschlossen ist“, sagt Henning. Inzwischen überwiegt der Sternentod die Geburtenrate. „Es ist nicht damit zu rechnen, dass die Sternentstehungsrate noch einmal angekurbelt wird. Es gibt schlicht keine Produktionsmechanismen, die neues Gas erzeugen.“

Der Rohstoff, das kalte Gas, ist weitgehend aufgebraucht. Zwar wird am Ende eines jeden Sternenlebens mehr oder weniger Gas frei, doch immer bleibt als Sternenleiche ein Zwergstern, wie im hier gezeigten Eskimo-Nebel, oder ein Neutronenstern übrig. Sie binden einen Gutteil der Masse, die nun nicht mehr am Kreislauf der Materie teilnimmt.

Gegenwärtig verschmelzen etliche benachbarte Galaxien noch miteinander. Das facht die Sternentstehung kurzzeitig an. Irgendwann ist aber auch diese Phase abgeschlossen. Womöglich mündet die Entwicklung in einen Kosmos voller verblichener Sterne und diffus verteiltem Gas. Drei Viertel des gewöhnlichen Wasserstoffs im Universum stecken bereits zwischen den Galaxien. Das ist nur etwa ein Atom pro Kubikmeter. Aber wenn sich das Weltall in den nächsten Jahrmilliarden weiter ausdehnt, wird dieses Atom niemals mehr auf ein anderes treffen. Es ist für die Sternentstehung verloren.

All diesen Zukunftsprognosen zum Trotz, ist das Universum heute jedoch noch unglaublich schöpferisch. Fast überall, wo Forscher mit geeigneten Apparaten hinschauen, stoßen sie auf neue Planeten. Auf der Suche nach einem Zwilling der Erde haben sie im Sternbild Krebs eine außergewöhnliche Entdeckung gemacht. Dazu mehr am Sonnabend im vierten Teil unserer Serie.

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