Planetarische Nebel

Normalstern -> Roter Riese -> Weisser Zwerg + Planetarischer Nebel

Eine deutschsprachige Zusammenfassung des aktuellen Wissenstandes 06.2006 über Normalsterne bis hin zu ihrem Zustand als Weißer Zwerg findet sich als e-book von Rainer Toepler unter dem Link .. im Internet. http://astro.uni-tuebingen.de/~rauch/PNe_verstehen+beobachten/PNe_verstehen+beobachten.html ------------------------ Sterne mit einer Masse die etwa der unserer Sonne gleicht, benötigen einige Millionen Jahre bis sie entstanden sind. Dann verschmelzen sie über etwa 10 Milliarden Jahre (10.000 Millionen Jahre) Wasserstoff zu Helium, ohne dabei erhebliche Änderungen zu erfahren. Ist nun ihr Vorrat an Wasserstoff aufgebraucht, beginnt über einige Millionen Jahre ein Prozeß, bei dem sich der Stern zu einem Roten Riesen aufbläht. Roter Riese Der Wasserstoff im Kern eines alten Sterns ist weitgehend aufgebraucht. Die Kernfusion bricht zunehmend zusammen. Dadurch gewinnt die Gravitation, die Anziehung der Massen, mehr und mehr die Überhand und zieht den Stern zusammen. Hierdurch werden jedoch der Druck und die Temperatur im Inneren des Sterns erhöht. Bei Sternen wie der Sonne, in deren Zentrum die Wärme durch Strahlung verteilt wird und nur im Mantel durch Umlauf (Konvektion), beginnt dadurch das sogenannte Wasserstoff-Schalenbrennen. Das bedeutet, dass der den Heliumkern umgebende Restwasserstoff nun auch zu Helium fusioniert. Wahrscheinlich durch die trotz allem zunehmende Abkühlung und die dadurch verminderte Strahlendurchlässigkeit der oberen Schichten, bläht sich der Stern an seiner Oberfläche bis zum 100fachen auf und wird zu einem 'Roten Riesen'. Der Grund, dass sich die Farbe von gelb nach rot verändert, liegt in der geringeren Oberflächentemperatur des größer gewordenen Sterns. Der Sonnenwind steigt auf das Einmilliardenfache. Die Sonne würde in diesem Zustand fast bis zur Erdbahn reichen. Durch den außen brennenden Wasserstoff steigt die Temperatur im Zentrum auf einige tausend bis hin zu über 10 Mio. Kelvin an. Das führt dazu, dass weitere Kernfusionsabläufe einsetzen. Das Helium wird zu Kohlenstoff, zu Neon, zu Sauerstoff und bei größeren Sternen zu Schwefel, Silizium und Eisen. Diese Zustände besitzen immer kürzere Zeiträume. Dauert das Heliumbrennen noch etwa 1 Mio. Jahre so verkürzen sich die nachfolgenden Zeiträume bis hinunter zu einigen Jahren und Wochen. Dabei spielt das Eisen eine besondere Rolle. Aus ihm lässt sich durch die Kernfusion für den Stern letztmalig weitere Energie gewinnen. Allen weiteren Fusionen müßte der Stern Energie zuführen, was ihn nicht aufheizen, sondern abkühlen würde. In der Abfolge dieser Vorgänge wird der Stern im Zeitraum einiger tausend Jahre kleiner und nachdem auch der Kohlenstoff fusioniert ist, fällt der Stern im Verlauf einiger 100 Jahre zu einem Weißen Zwerg zusammen. Bereits im Stadium des Roten Riesen stößt er Gasmassen in das Weltall aus. Beim Zusammenbruch der Roten Riesen zu einem Weißen Zwerg werden weitere, große Mengen Materie in das All hinausgeschleudert. Man vermutet, dass dies durch Schockwellen geschieht, die aus dem Inneren des Sterns herauskommen. Mit zunehmender Erhitzung der Oberfläche des werdenden Weißen Zwergs, erhöht sich die Geschwindigkeit und Energie seines Sonnenwindes. Dieser ionisiert die umgebenden Gase, so dass sie zu leuchten beginnen und treibt sie weiter hinaus in das Weltall. Diese Gashüllen bezeichnet man als planetarische Nebel. Der zurückbleibende Weisse Zwerg besitzt eine Temperatur von 100.000 Kelvin an seiner Oberfläche, die durch den enormen Druck, der in ihm vereinten Materie entsteht. Allerdings reicht dieser Druck nicht mehr aus, um weiterer Fusionen zu zünden. Der Stern kühlt über die Dauer einiger Milliarden Jahre zu einer unbeleuchteten Kugel aus, und sein planetarischer Nebel verflüchtigt sich im Weltall. Weisser Zwerg Sterne unterhalb der Grösse der Sonne, bzw. solche, denen eine Restmasse bis hinauf zum 1,4-fachen der Sonnenmasse beim Zusammenbruch verbleibt, fallen zu Weißen Zwergen zusammen. Diese erreichen nach dem Zusammenbruch Durchmesser zwischen 10.000km, bei einer Ausgangsgrösse von 0,3 Sonnenmassen, bis hin zu 3.000 km, bei einer Ausgangsgröße von etwa dem 1fachen der Sonnenmasse. Man nennt sie nun Weiße Zwerge. Ihre durch den Kollaps hervorgerufene Erhitzung ist so stark, dass sie noch einige Millionen Jahre ein intensives, weißes Licht abgeben. Dies führte zu ihrem Namen. Das Innere eines solchen Objekts ist angefüllt mit einem 'Brei' aus zerquetschten Atomen, deren Elementarbausteine sich nicht mehr in geordneten Bahnen umrunden. Diese Masse aus Elektronen, Protonen und Neutronen bezeichnen die Astrophysiker als Plasma. Sie besitzt eine Dichte von einer Tonne pro Kubikzentimeter. Um diesen Kern herum könnte eine Schale aus normalen Atomen folgen und zuletzt eine nur wenige Meter dicke Atmosphäre aus Wasserstoff. Planetarischer Nebel Der planetarische Nebel, also die in das All hinausgeschleuderten Gashüllen eines zusammenbrechenden Normalsterns, vereint in sich erhebliche Mengen vom Ausgangsmaterial des ehemaligen Sterns (In Texten der NASA ist von ~10% und teilweise mehr die Rede). Die Gase der Planetarischen Nebel bestehen aus Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel sowie Helium und natürlich auch aus Resten des ehemaligen Wasserstoffvorrats. Das Gas wird durch den extrem starken Sonnenwind des Weißen Zwergs ionisiert und strahlt deswegen eigenes Licht aus. Man geht davon aus, dass dieser Vorgang etwa 50.000 Jahre anhält. Dieser kosmisch kurze Zeitraum ist wahrscheinlich der Grund dafür, dass nur rund 1500 planetarische Nebel in unserer Milchstraße bekannt sind. Der Formenreichtum planetarischer Nebel gibt den Astrophysikern noch immer erhebliche Rätsel auf. Das liegt an einer Vielzahl von Gründen so z.B. an der Ausgangsmasse des 'sonnenähnlichen' Sterns, die in den Beschreibungen bis hinauf zur 5fachen Masse der Sonne angegeben wird. Im Besonderen aber an der relativ kurzen Zeit (~Mitte der 1990iger Jahre), seit der fortgeschrittene Meßmittel zur Verfügung stehen. Sicher ist, dass die Art des Nebels dadurch bestimmt wird, ob es sich bei ihm um den Nebel eines Einzelsterns handelt, oder ob der Partner eines Doppelsternsystems den Nebel zusätzlich 'durchmischt'. Auch zu der Frage, warum einige Planetarische Nebeln bipolare, symmetrische Strukturen aufweisen, gibt es mehr als eine Theorie. Der Name planetarischer Nebel soll von dem in Hannover geborenen Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822) stammen, der durch seine Fernrohre nur unscharfe kleine Kreise erkannte, die sich nicht als Sterne eingruppieren ließen, sich aber dennoch von den Strukturen anderer unscharfer Objekten unterschieden. Möglicherweise dachte er an die Ringe von Saturn als er annahm, dass sich vielleicht Planeten hinter diesen Gebilden verstecken könnten. Hinweis Es ist zu beachten, daß die Entfernungsangaben und die weitenen Daten im Bildteil in den meisten Fällen grobe Schätzungen sind. In der Regel befinden sich die Sterne und ihre Nebel über die berichtet wird, so weit von der Erde entfernt, dass selbst die parallaktische Messung über den Durchmesser der Erdbahn zu keinen Ergebnissen führt. Alle anderen Methoden zur Bestimmung der Entfernung sind sehr ungenau Mit der Raumsonde Gaia soll 2014 damit begonnen werden, die bisher genauesten parallaktischen Messungen an etwa 1 Mrd. Sterne vorzunehmen.

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