Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

86 Makrokosmos 23 Sternentstehung Sternentwicklung (stellar evolution) Entstehung eines Sternes (star formation) Der Blick auf den Nachthimmel lässt meinen, dass der Raum zwischen den Sternen„leer“ ist. Tatsächlich gibt es in unserer Milchstraße nirgendwo ein materiefreies Gebiet. Die sogenannte interstellare Materie (inter- stellar medium) tritt unterschiedlich auf: Während in materiearmen Gebieten etwa ein Wasserstoffatom pro Kubikzentimeter zu erwarten ist, finden sich an manchen Stellen riesige Ansammlungen von Staub oder Gasmolekülen. Die größten Molekülwolken oder Gasnebel in den inneren Bereichen der Milchstraße gehören zu den massereichsten Objekten der Milch- straße. Obwohl ihre Masse die 100000-fache Sonnen- masse übersteigt, beträgt ihre mittlere Dichte nur das 100-fache der materiearmen Gebiete. A1 Gib an, wie man das Verhalten eines Gases unter Alltagsbedingungen beschreiben kann! A2 Wiederhole das Gravitationsgesetz! Gilt auch für Atome und Moleküle der interstellaren Materie? A3 Gib an, wie man den Druck eines Gases mit Hilfe der Molekularbewegung erklären kann! Durch Unregelmäßigkeiten in der Masseverteilung der Wolke oder durch Stoßwellen einer benachbarten Sternexplosion kann dieses dünne interstellare Gas eine Kontraktion beginnen; es bilden sich Konden- sationsbereiche aus. Die entstehenden Objekte sind Protosterne (protostars) . Je nach der Masse der Mate- riewolke und ihrer Ausdehnung sind die auftretenden Gravitationskräfte unterschiedlich groß. A4 Lies den Drehimpulserhaltungssatz nach! A5 Gib Folgen der Drehimpulserhaltung an, wenn sich die Abstände einer umlaufenden Masse vom Drehzentrum ändern (vgl. Drehschemelversuche)! Bei der Kontraktion der Materiewolke sind vor allem zwei Effekte auffällig: 1. Die beim Kollaps der Gaswolke frei werdende potentielle Gravitationsenergie führt zu einer Erwär- mung der Materiewolke und zu einer Abstrahlung von Energie. 2. RotiertdieMateriewolkenureinwenig,soistwegen der Erhaltung des Drehimpulses mit der Kontraktion eine enorme Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit 23.3 23.3.1 zu erwarten. Vor dem Kollaps nimmt die Materie eines durchschnittlichen Sternes den Raum einer Kugel mit einem Durchmesser von ≈ 1 parsec ein. Der daraus resultierende Drehimpuls würde wegen der Trägheit der rasch umlaufenden Gasteilchen eine Kontraktion bis auf Sterngröße verhindern. Ein Ausweg bietet sich an, wenn man annimmt, dass aus der Gaswolke nicht ein Zentralstem, sondern Doppelsternsysteme oder Planetensysteme entstehen. A6 Wiederhole die Fusion der Wasserstoffkerne zu Heliumkernen! (Kap. 22.6.3) Mit zunehmender Verdichtung der Materie steigen Druck und Temperatur wegen der frei werdenden Gravitationsenergie gewaltig an. Entsprechend der Temperaturstrahlung beginnt die Materiewolke zu leuchten. Bei ausreichender Masse werden der Gravi- tationsdruck und die Temperatur schließlich so groß, dass die Atomkerne einander so nahe kommen, dass Kernreaktionen ausgelöst werden ( T > 10 7 K). Da Gas- wolken im Universum zum überwiegenden Teil aus Wasserstoff bestehen, setzt die Verschmelzung von Wasserstoffkernen zu Heliumkernen (Kernfusion) ein. Die dadurch bedingte hohe kinetische Energie der Atome (hohe Temperaturen, T ≈ 2 · 10 7 K) wirkt der Kontraktion der Gaswolke entgegen, die Kontraktion kommt zum Stillstand. Die Größe des Sternes ergibt sich schließlich aus dem Gleichgewicht Gasdruck– Gravitationdruck. Abb. 86.1 Eine Materiewolke führt wegen der Gravitation im Weltall eine Kontraktion aus; es entstehen Protosterne. großer Drehimpuls kleiner Drehimpuls Kollapszone Protostern Abb. 86.2 Gravitation und ... ... Gasdruck halten einander das Gleichgewicht. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv