„Die Sonne wird einen Diamanten von der Größe der Erde hinterlassen.“ Astronom Michail Lisakow – über die Entwicklung der Sterne
Verschiedenes / / July 27, 2023
Wie das biologische dauert es Millionen von Jahren, aber es entstehen keine neuen Arten von Organismen, sondern insbesondere Gold.
Es gibt viele Mythen, denen Astronomen häufig begegnen. Viele sind sich beispielsweise sicher, dass sich Jupiter eines Tages in einen Stern verwandeln kann. Und jeder Stern wird am Ende seines Lebens explodieren.
Physiker und Astronom Michail Lisakow erzählt im Forum „Wissenschaftler vs. Mythen“, welchen Lebensweg jeder Stern durchläuft. Er erläuterte außerdem, was am Ende der Evolution mit unserer Sonne geschehen wird, und erklärte, warum Gold ein kosmisches Metall ist. Dieses Forum wird gehostet vonANTROPOGENESIS.RU"- hat ein Video auf ihrem gepostet Youtube Kanal. Und Lifehacker fasste den Vortrag zusammen.
Michail Lisakow
Kandidat der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, leitender Forscher des Labors für extragalaktische Radioastronomie des Astrospace Center des Lebedev Physical Institute. Autor von mehr als 40 wissenschaftlichen Arbeiten.
Welcher Himmelskörper kann als Stern betrachtet werden?
Es gibt eine leichtfertige Formulierung: Ein Stern ist ein Objekt, von dem wir Strahlen sehen.
Eigentlich ist das kein Scherz. Wenn wir mit Teleskopen aufgenommene Weltraumfotos betrachten, sehen wir neblige Wolken und helle Punkte. Kleine Nebelflecken sind Galaxien. Leuchtende Punkte mit mehreren Strahlen sind Sterne.
Das optische System eines modernen Teleskops ist so konzipiert, dass bei der Lichtbrechung in einem Foto tatsächlich Strahlen in den Sternen erscheinen. Aber auf alten Himmelskarten, als es noch keine solchen Teleskope gab, stellten die Menschen Sterne auf die gleiche Weise dar.
Um zu verstehen, was das Geheimnis ist, führten Wissenschaftler eine kleine Studie durch. Sie leuchteten den Menschen mit einer kleinen, aber hellen Quelle in die Augen und machten Fotos Retina. Es stellte sich heraus, dass alle Probanden auf der Netzhaut sehr ähnliche Bilder erzeugten. Das heißt, ein klares Zentrum und eine Wolke dünner Linien, die sich an diesem Punkt schneiden. Das stimmt also: Sterne sind helle Himmelskörper, die Strahlen haben.
Und jetzt im Ernst. Um zu verstehen, wie sich ein Stern von anderen Räumen unterscheidet ObjekteWerfen wir einen Blick in seine Mitte. Es gibt einen Kern, in dem ständig eine thermonukleare Reaktion abläuft. Dadurch werden leichte Elemente zu schwereren und durch diesen Übergang wird Energie freigesetzt. Es wird auf die äußeren Schichten des Sterns übertragen. Zum Beispiel durch die Vermischung großer Materiemassen. Dieser Prozess sieht aus wie Sieden Wasser in einem Topf. So sehen wir die Oberfläche unserer Sonne.
Eine kontinuierliche thermonukleare Reaktion ist das Hauptunterscheidungsmerkmal eines Sterns.
Für eine solche Fusion ist es notwendig, positiv geladene Teilchen, Protonen, sehr nahe zusammenzubringen. Um diesen Prozess zu unterstützen, sind sehr hohe Temperaturen und Drücke erforderlich. Und als Ergebnis der Reaktion entsteht aus zwei Wasserstoffatomen oder vier Protonen ein Heliumatom.
Aber es ist bekannt, dass vier Protonen mehr wiegen als dieses Atom. Sie müssen also verstehen, wo der Unterschied liegt.
In unserem Universum kennen wir keine Prozesse, die Masse oder Energie wegnehmen könnten, sodass sie verschwindet. So etwas gibt es nicht. Bei den Fusionsprozessen werden einige neue Teilchen wie Neutrinos geboren und Energie freigesetzt. Tatsächlich leuchten deshalb die Sterne.
Michail Lisakow
Wenn drei Heliumatome kollidieren, entsteht durch Kernfusion ein Kohlenstoffatom. Dies erfordert jedoch eine noch höhere Temperatur. Doch auch beim Kohlenstoff macht der Prozess nicht halt. Dann beginnt die Synthese von Sauerstoff und dann von Magnesium. Und so weiter bis hin zum Eisen. Die Synthese schwererer Elemente im Kern eines Sterns wird nicht mehr spontan unterstützt. Es benötigt zusätzliche Energie von außen.
Es gibt einen Mythos, dass auch Jupiter ein Stern werden musste Sonne, aber etwas ist schief gelaufen. Das ist ein Mythos, denn die Masse dieses Planeten reicht nicht aus, um eine ständige thermonukleare Reaktion zu unterstützen. Die Temperatur und der Druck werden nicht hoch genug sein. Daher kann Jupiter nur unter einer Bedingung ein Stern werden: Er erhöht seine Masse um etwa das 15-fache. Aber das ist unmöglich.
Wie sind die Sterne?
Wenn Sie an einem klaren Tag in den Nachthimmel schauen, können Sie verschiedene Arten von Sternen sehen:
- Hell oder dunkel. Früher dachte man, dass weniger sichtbar ist Sterne Sie sind nur weiter von uns entfernt. Doch dann lernten Astronomen, Entfernungen zu Weltraumobjekten zu messen. Und sie fanden heraus, dass die Helligkeit der Leuchten nicht von ihrer Entfernung abhängt, sondern von ihrer Leistung. Bei einigen Sternen ist dieser Parameter tatsächlich größer als bei anderen.
- Mehrfarbig - blau, gelb, rötlich, weiß. Auch unterschiedliche Sternentöne sind keine Illusion. Jeder von ihnen hat seine eigene Strahlungstemperatur.
Wissenschaftler haben ein Diagramm erstellt, bei dem die horizontale Achse die Temperatur des Sterns oder seine Farbe darstellt. Die vertikale Achse ist Helligkeit und Lichtsättigung. Dann tragen wir alle bekannten Sterne in dieses Diagramm ein. Und sie sahen, dass die meisten von ihnen diagonal angeordnet waren – von den mächtigsten und heißesten blauen Riesen bis hin zu kleinen roten Zwergen. Diese Diagonale wurde Hauptreihe genannt.
Alle Sterne, die derzeit im Zentrum Wasserstoff verbrennen und in Helium umwandeln, liegen auf dieser Geraden.
Michail Lisakow
Massive und helle, heißere Sterne befinden sich im blauen Teil des Spektrums. Es gibt nur sehr wenige von ihnen und ihre Lebenserwartung ist relativ kurz. Aber im linken, roten Bereich des Spektrums sehen wir viel mehr Sterne. Ihre Masse ist deutlich geringer, sie sind kälter und leuchten schwach. Aber ihre Lebensdauer ist viel länger als die der Blauen Riesen. Die Sonne steht näher in der Mitte – im gelben Bereich des Spektrums.
Aber es gibt noch ein paar weitere Bereiche auf dem Diagramm. Betrachten Sie die über der Hauptsequenz. Dorthin gelangen Sterne, bei denen im Prozess der Kernfusion der gesamte Wasserstoff aufgebraucht, also ausgebrannt ist. Es entpuppt sich als eine Art „Pflegeheim“ für die Sterne – ein Ort, an dem die Leuchten beim Sonnenuntergang ihres Lebens untergehen. Die Fusionsreaktion läuft in ihnen immer noch ab und leichtere Elemente verwandeln sich weiterhin in schwere.
Aber es gibt noch einen weiteren ziemlich auffälligen Bereich von Sternhaufen – unterhalb der Hauptreihe. Astronomen nennen es den „Friedhof“.
Wenn den Sternen alle anderen Elemente ausgehen, die sie in ihren Kernen produzieren können, landen sie auf dem „Sternenfriedhof“. Wo es sehr heiß, aber sehr, sehr dunkel ist.
Michail Lisakow
Wie läuft die Sternentwicklung ab?
Lassen Sie uns nun ausführlicher darüber sprechen, welche Ereignisse in einem langen Sternleben stattfinden.
Astronomen nennen alle Veränderungen im Zustand der Sterne Sternentwicklung. Mit ihr hat sie fast nichts gemeinsam biologische Evolution. Der einzige Zufall ist, dass beide Prozesse Millionen und Milliarden Jahre andauern.
Die Sternentwicklung ist ein vollständiger Lebenszyklus jedes Sterns. Während dieser Zeit verändert sich der Stern bis zur Unkenntlichkeit. Doch welche Veränderungen sie erwarten, hängt von der Masse ab. Es ist möglich, Weltraumobjekte bedingt in drei Gruppen einzuteilen.
1. Sterne mit geringer Masse
Zum Beispiel Proxima Centauri. Sie werden in einer Gasstaubwolke geboren und werden zu Roten Zwergen. Und dann leben sie sehr lange in unverändertem Zustand, bis ihnen der Wasserstoff ausgeht. Ein solches Schicksal erwartet einen Stern, wenn seine Masse etwa zehnmal kleiner als die der Sonne ist.
2. Sterne, deren Größe mit der Sonne vergleichbar ist
Das sind schwerere und interessantere Objekte. Ihre Masse reicht aus, damit nach der Verbrennung von Wasserstoff im Kern die nächste Stufe, die Synthese von Kohlenstoff aus Helium, beginnen kann. Dadurch schwellen sie auf die Größe eines Roten Riesen an. Beispielsweise wird die Sonne durch diesen Prozess so stark wachsen, dass sie Merkur und Venus verschluckt. Und dann wird es fast bis zur Erdumlaufbahn heranwachsen. Dies wird in etwa fünf Milliarden Jahren geschehen. Es wird großartig sein, wenn die Leute bis dahin einen Weg finden. Weg sein von unserem Licht.
Dann wirft ein solcher Stern eine Hülle ab, die sich in einen planetarischen Nebel verwandelt. Im Zentrum verbleibt ein leuchtender Punkt – der ehemalige Kern. Und die Koryphäe zieht bedingt auf den Friedhof.
3. massive Sterne
Ihre Masse ist mehr als zehnmal größer als die der Sonne. Sie leben schnell und verwandeln sich am Ende in beides schwarzes Lochoder in einen Neutronenstern. Wir werden ausführlicher darüber sprechen, wie die Entwicklung riesiger Leuchten abläuft.
Auf der Sonne bleibt ein Weißer Zwerg aus Kohlenstoff zurück. Wenn es vollständig abgekühlt ist und der Kohlenstoff kristallisiert, erhält man im Prinzip einen Diamanten von der Größe der Erde.
Michail Lisakow
Wie entstehen Neutronensterne und Schwarze Löcher?
In sehr schweren Sternen ermöglichen Temperatur und Druck die Fortsetzung der thermonuklearen Reaktion bis zur Eisenbildung. Daher ähneln die Kerne von Riesen in ihrer Struktur Zwiebeln. In der Mitte befindet sich Eisen, dann eine Schicht aus Silizium, Sauerstoff, Neon und so weiter.
Wenn sich alle Materie in Eisen verwandelt, wird der Fusionsmotor abgeschaltet. Es ist für ihn bereits energetisch unrentabel, weiter zu arbeiten. Daher hört die Strahlung des Sterns auf. Aber Schwere Überreste.
Und dann zwingt die Schwerkraft alle äußeren Schichten dazu, zusammenzufallen und zur Mitte zu fliegen.
Dann explodiert der Stern wie eine Supernova. Aber hier gibt es zwei Möglichkeiten:
- Quantenkräfte werden den Kollapsprozess stoppen. Die Dichte der nach der Explosion verbleibenden Sternmaterie wird so hoch, dass die Elektronen in die Protonen gepresst werden und dadurch neutrale Teilchen – Neutronen – entstehen. Aufgrund von Quanteneffekten verhindern Neutronen, dass die Schwerkraft den Kompressionsprozess fortsetzt. Dadurch entsteht ein Neutronenstern – ein Objekt mit einer extrem hohen Materiedichte.
- Die Schwerkraft ist stärker als Quantenkräfte. Dann geht der Kollaps weiter, bis sich das Objekt in ein Schwarzes Loch verwandelt.
Es gibt einen Mythos, dass Schwarze Löcher nach und nach die gesamte Materie absorbieren Universum. Aber das ist nicht so.
Es kommt vor, dass Sterne paarweise geboren werden und leben. Stellen Sie sich vor, eines verwandelte sich in ein Schwarzes Loch und das andere in einen Roten Riesen. Dann zieht der erste langsam die Substanz aus dem zweiten. Um ein Schwarzes Loch bildet sich eine Scheibe aus heißen Teilchen. Gibt es zu viele solcher Teilchen, beobachten wir den umgekehrten Prozess.
Unter bestimmten Bedingungen kann ein Schwarzes Loch beginnen, Materiestrahlen auszustoßen. Das heißt, im Prinzip ist es nicht so einfach, ein Schwarzes Loch zu „füttern“. Und Befürchtungen, dass Schwarze Löcher im Allgemeinen die gesamte Materie des Universums ansaugen, werden durch nichts nachhaltig bestätigt.
Michail Lisakow
Woher kommen Gold und andere Schwermetalle im Universum?
Wir haben herausgefunden, dass Eisen und leichtere Elemente im Prozess einer thermonuklearen Reaktion im Inneren eines Sterns synthetisiert werden. Sehen wir uns an, wie Elemente entstehen, die schwerer als Eisen sind.
Dafür sind zusätzliche Neutronen erforderlich, und zwar in großen Mengen. Unter bestimmten Bedingungen können sie in den Kern eines Atoms eines leichteren Elements „geschoben“ werden. Dadurch können Neutronen beim Betazerfall Elektronen verlieren. Dann werden die neutralen Teilchen zu Protonen und die Ladung des Atoms nimmt zu. Dies bedeutet, dass sich die Seriennummer erhöht – das Element wird schwerer.
Es stellt sich die Frage: Woher bekommt man so viele freie Neutronen? Bisher wurde angenommen, dass eine große Anzahl von ihnen nach Supernova-Explosionen auftritt. Doch 2017 konnten Wissenschaftler einen weiteren Prozess beobachten – die Verschmelzung zweier Neutronensterne. Das Ergebnis ist ein Objekt und eine Menge Trümmer. Dadurch entsteht aus diesen Bruchstücken ein „Tsunami“, der aus reinen Neutronen besteht. Die Dichte einer solchen Strömung ist ziemlich groß – sie ist vergleichbar mit der Dichte Wasser.
Viele Neutronen werden in jedes Atom „gedrückt“, das sich auf dem Weg dieses Stroms trifft. Anschließend zerfallen sie in Protonen und Elektronen, wodurch schwerere Elemente entstehen. Zum Beispiel, Gold.
Heute wissen Wissenschaftler, dass die meisten Schwermetalle in unserem Universum auf diese Weise entstanden sind.
Früher konnte man sagen: Stellt euch vor, Leute, hier habt ihr goldene Ringe – sie sind alle während einer Supernova-Explosion entstanden. Und jetzt sage ich Ihnen Folgendes: Hier haben Sie Schmuck – das Gold darin ist bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne entstanden. Ich finde es sehr cool.
Michail Lisakow
Lesen Sie auch🧐
- Die 12 lächerlichsten Fälschungen über den Weltraum
- Biologe Michail Nikitin: Wie kann man beweisen, dass das Leben auf der Erde von selbst entstanden ist?
- Stimmt es, dass das Universum zu komplex ist und es sinnlos ist, es zu studieren? Der Astrophysiker räumt mit populären Mythen auf