"Sterne sind die zentralen Brennöfen des Universums. Ohne Sterne gäbe es keine chemische Entwicklung des Alls, und ohne letztere gäbe es uns Menschen nicht. Wir müssen die Entwicklung von Sternen verstehen lernen, damit wir etwas über die Vergangenheit und die Zukunft des Universums aussagen können", erklärt Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Werner Wolfgang Weiss vom Institut für Astronomie.
Im FWF-Projekt "Das Zentrum im Hertzsprung-Russell Diagramm", das im April 2008 abgeschlossen wurde, erforschte der Astronom den Aufbau und die Entwicklung von Sternen. "Es ist uns ein Anliegen, die Kenntnisse über Sterne zu präzisieren und die Lücken zwischen den zahlreichen Modellen und den Evidenzen etwas zu schließen. Im Rahmen des Projekts ist es uns u.a. gelungen, zum ersten Mal ein dreidimensionales Bild der Atmosphäre zu erhalten", erklärt Weiss.
Das Hertzsprung-Russell-Diagramm und die Hauptreihensterne
Bei einer genaueren Betrachtung des nächtlichen Sternenhimmels wird deutlich, dass nicht alle Sterne dieselbe Leuchtkraft besitzen. Doch nicht nur die unterschiedliche Helligkeit unterscheidet die Sterne voneinander: Sie leuchten auch in verschiedenen Farben.
Wie hell und in welcher Färbung ein Stern erstrahlt, hängt sowohl mit seiner Größe als als auch mit seiner Oberflächentemperatur zusammen. So leuchten beispielsweise große Sterne - bei gleicher Temperatur und Entfernung - heller als kleine, während blaue Sterne heißer sind als gelbe und diese wiederum heißer als ihre roten Gefährten.
Die Wechselwirkung zwischen Oberflächentemperatur und der Leuchtkraft eines Sterns untersuchten Anfang des 20. Jahrhunderts - unabhängig voneinander - der Däne Ejnar Hertzsprung und der Amerikaner Henry Norris Russell. So entstand eines der bekanntesten Diagramme der Astrophysik: Das Hertzsprung-Russell-Diagramm (HRD).
Darin lassen sich verschiedene Ballungen von Sternen entdecken: Die meisten Sterne sind entlang eines von links oben (heiß und leuchtkräftig) nach rechts unten (kühl und geringe Leuchtkraft) verlaufenden Streifens, der sogenannten Hauptreihe, angeordnet.
Das liegt daran, dass die Sterne, die im Laufe ihres Lebens durch Veränderungen ihres Aufbaus unterschiedliche Entwicklungsstufen durchlaufen, auf der Hauptreihe die längste Zeit verweilen. 90 Prozent aller uns bekannten Sterne befinden sich derzeit in diesem Zustand. Durch die Umwandlung von Wasserstoff in Helium verändert sich der Sternaufbau, was Rückwirkungen auf die beobachtbare Oberflächentemperatur und Größe des Sterns hat - mit Auswirkungen auf die Leuchtkraft. Ist der Wasserstoff im Kern verbrannt, wandert diese Zone der Energieerzeugung in Schalen nach außen. Die Sterne "verlassen" die Hauptreihe und werden später meist zu sogenannten Roten Riesen.
Das Pulsieren der Sterne verrät ihr Inneres
"Das Weltall ist ein Labor mit 'Experimentiermöglichkeiten', von denen man auf der Erde nur träumen kann. Wir können uns leider nicht zurücklehnen und dabei zusehen, wie sich ein Stern entwickelt. Das dauert ja durchschnittlich mehrere Milliarden Jahre - diese Zeit haben wir nicht", so Werner W. Weiss: "Wir haben jedoch eine Fülle an Sternen in unterschiedlichen Entwicklungsphasen. Die Frage ist nun, wie man die einzelnen Momentaufnahmen ihres Aufbaus und ihres Entwicklungsstandes zu einem Film verbinden kann."
Um diesen "Film" zu visualisieren bedient sich die Astronomie unterschiedlicher Methoden. So lässt sich beispielsweise der Aufbau eines Sterns quantitativ durch die Asteroseismologie überprüfen. Diese misst die bei der Pulsation von Sternen entstehenden Schwingungen, deren Spektrum dann abhängig von Masse und Struktur der Himmelskörper unterschiedlich ausfällt.
Weltraumteleskope und Satelliten
Für die Daten- und Bildbeschaffung über das Innere der Sterne im Zentrum des Hertzsprung-Russell-Diagramms nutzen die Forscher sowohl Satelliten als auch Daten, die von Observatorien auf der Erde gewonnen wurden. Der kanadische Satellit "MOST" (Microvariabilité & Oscillations Stellaires) beispielsweise dient dabei zur Präzisionsmessung von Sternhelligkeiten. Seit Juni 2003 im All, kann "MOST" einen Stern ungefähr zwei Monate lang ohne Unterbrechung beobachten. 2004 wurde am Institut für Astronomie der Universität Wien eine dazugehörige Bodenstation sowie ein Datenzentrum eingerichtet.
Neben diesem Satelliten wurden im Rahmen des Projekts auch die Daten von "CoRoT" (Convection, Rotation and Transits) genutzt, ein von der französischen Raumfahrtorganisation CNES, der ESA und auch unter Beteiligung von Österreich entwickeltes Weltraumteleskop. Dieses wurde im Dezember 2006 gestartet und liefert seitdem hervorragende Beobachtungen. Als weiteres "Instrument" diente "VALD", die Vienna Atomic Line Database des Institutes für Astronomie. In dem virtuellen Atom- und Moleküldatenzentrum sind über 50 Millionen Atomlinien erfasst. Im Rahmen eines EU-Programms ist geplant, ab Mitte 2009 die Datenbanken aus Wien und 13 weiteren Ländern zu einem riesigen Datennetz zu fusionieren. (mw)
Das FWF-Projekt "Das Zentrum im Hertzsprung-Russell Diagramm" unter der Leitung von Prof. Dr. Werner W. Weiss vom Institut für Astronomie lief von Januar 2005 bis April 2008. |
