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Göttingen Forscherinnen lösen Rätsel um Rote Riesensterne
Campus Göttingen Forscherinnen lösen Rätsel um Rote Riesensterne
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08:35 01.07.2019
Wissenschaftlerinnen haben unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung das Rätsel um Rote Riesensterne gelöst. Quelle: dpa
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Göttingen

Wie alt sind sogenannte Rote Riesensterne wirklich? Dieser Frage sind Wissenschaftlerinnen unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen nachgegangen. Sie lösten damit einen Widerspruch, der der Wissenschaft lange Zeit Rätsel aufgegeben hatte.

Dr. Saskia Hekker vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen  Quelle: Jan-Willem Steenmeijer

„Hauptreihenstern, Roter Riese, Weißer Zwerg – im Laufe der Millionen oder gar Milliarden von Jahren ihres Lebens durchlaufen Sterne verschiedene Entwicklungsstufen“, erklärt Birgit Krummheuer, die für die Öffentlichkeitsarbeit beim MPS zuständig ist. „Mit einem gezielten zweiten Blick können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der genauen Lebensgeschichte eines Sterns nachspüren.“ So sei normalerweise auch eine verlässliche Altersbestimmung möglich. Anders war dies bei einer Gruppe Roter Riesensterne: Vier Milliarden Jahre hätten die Ergebnisse verschiedener Altersmessungen auseinander gelegen. „Die Sterne schienen gleichzeitig alt und jung zu sein“, erinnert sich Dr. Saskia Hekker vom MPS und der Universität Aarhus in Dänemark, die vor vier Jahren zu den Entdeckerteams der Sterne gehörte und nun Erstautorin der neuen Studie ist. „Dieser Widerspruch hat mich nicht mehr losgelassen.“ Zusammen mit ihrer Kollegin Dr. Jennifer A. Johnson von der Ohio State University in den USA ist es ihr jetzt gelungen, das Rätsel einiger dieser Sterne zu lösen. Die Forscherinnen sind davon überzeugt, dass die Sterne ihr jugendliches Alter nur vortäuschen.

Rote Riesen

Rote Riesen sind „alternde“ Sterne mit großer Ausdehnung. Im Vergleich zu Hauptreihensternen – also solchen, die sich im selben Entwicklungsstadium wie die Sonne befinden – hat ein Roter Riese eine hohe Leuchtkraft. Am Himmel lassen sich einige Rote Riesen sogar mit bloßem Auge als rötlich leuchtend erkennen.

Ein Blick auf das Baumaterial der Roten Riesen ließ darauf schließen, dass die Sterne mehr 10 Milliarden Jahre alt sind. Denn die Sterne enthielten vergleichsweise wenig Eisen. „Eisen ist ein Element, das im Laufe der Entwicklung des Universums nur langsam entstanden ist“ erklärt Krummheuer. „Alte Sterne enthalten deshalb im Vergleich zu anderen Stoffen wenig Eisen, junge etwas mehr.“ Im Widerspruch dazu stünden die Ergebnisse einer anderen Methode zur Altersbestimmung, bei der die Masse des Sterns untersucht wird. „Da im Innern von schweren Sternen besonders hohe Temperaturen herrschen, verbrennt ihr Brennstoff vergleichsweise schnell. Schwere Sterne haben somit eine deutlich geringere Lebenserwartung als leichte“, erklärt Krummheuer. Als Schwergewichte dürften die rätselhaften Roten Riesen demnach nicht weniger als 6 Milliarden Jahre durchlebt haben.

Gegen Ende ihrer Lebensdauer verwandeln sich Hauptreihensterne, wie etwa die Sonne, in Rote Riesen. Die Zone, innerhalb der gewaltige Plasmaströme heißes Material nach außen transportieren, dehnt sich dann nach Innen bis zum Kern aus. Kernmaterial kann auf diesem Wege an die Oberfläche des Sterns gelangen – und ermöglicht einen indirekten Blick ins Innere. Quelle: SAGE-group/MPS

Die neue Untersuchung löst nun diesen Widerspruch. „Einige der rätselhaften Sterne müssen während oder nach ihrer Transformation in Rote Riesen mit anderen verschmolzen sein“, fasst Hekker die Ergebnisse zusammen. „Ihre hohes Gewicht ist somit keine ursprüngliche Eigenschaft und eignet sich nicht zur Altersbestimmung. Sie sind in Wirklichkeit alt.“

Schlüssel zu diesen Ergebnissen seien die Mengen an Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff an der Oberfläche der Sterne gewesen. Wenn Hauptreihensterne gegen Ende ihres Lebens in Roten Riesen verwandeln, ändere sich ihr innerer Aufbau: Die Elemente Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, die im Kern entstehen, können in gewaltigen Plasmaströmen an die Oberfläche der Sterne gewirbelt und dort dann nachgewiesen werden. „Je nachdem, wie heiß – und damit massereich – der betreffende Stern ist, finden sich die Elemente in unterschiedlichen Verhältnissen“, sagt Krummheuer. In ihren Messungen fanden die Forscherinnen in einigen Fällen Werte, die typisch für Sterne geringer Masse sind. „Bevor sie zu Roten Riesen wurden, müssen diese Sterne noch vergleichsweise leicht gewesen sein“, schlussfolgert Johnson. Ihr heutiges hohes Gewicht lasse sich dadurch erklären, dass sie als Rote Riesen mit anderen Sternen verschmolzen sind.

Von Verena Schulz

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