IMP 10 · Astronomie und logarithmische Darstellung

Lebensweg der Sterne im HRD

Wie ein Stern lebt, entscheidet vor allem seine Masse. Auf der Hauptreihe fusioniert er Wasserstoff im Kern; ist der verbraucht, bläht er sich zum Riesen oder Überriesen auf und wandert im HRD nach rechts oben. Leichte Sterne enden als Weiße Zwerge, schwere in einer Supernova. Die Spuren stammen aus Modellrechnungen der Astrophysik (Sonne: Sackmann, Boothroyd und Kraemer 1993; übrige: Ekström und Mitarbeiter 2012, Genf). Weil die Lebensdauern von Millionen bis Milliarden Jahren reichen, ist auch die Zeitachse logarithmisch.

So gehst du vor

1Alle gewählten Sterne entstehen gleichzeitig, wie in einem Sternhaufen. Stelle das Alter mit dem Regler ein oder starte den Zeitraffer.
2Der Regler läuft logarithmisch: × 10 bedeutet zehnmal so alt. Beobachte, welcher Stern die Hauptreihe zuerst verlässt.
3Wähle einen Stern „im Blick“. Rechts stehen sein Lebensabschnitt, Temperatur, Leuchtkraft und Radius; mit den Stationen springst du zu wichtigen Zeitpunkten.
4Bestimme für jede Masse, wann der Stern die Hauptreihe verlässt, und trage Masse und Hauptreihen-Lebensdauer in die Tabelle unten ein.

Grauer Streifen: Beginn der Hauptreihe für 0,8 bis 120 Sonnenmassen. Kräftige Linie: bisher zurückgelegter Weg, blass: der weitere Weg. Beim Heliumblitz springt die Sonne in kürzester Zeit vom Gipfel des Riesenasts zum ruhigen Heliumbrennen.

Alter t

1,00 Mio. Jahre

Sterne zeigen

Im Blick

Sonne (1 M☉), Alter 1,00 Mio. Jahre

noch nicht auf der Hauptreihe

Stationen (Sonne (1 M☉))

Leuchtkraft über dem Alter, beide Achsen logarithmisch

Die lange, fast waagerechte Strecke ist die Hauptreihe. Danach steigt die Leuchtkraft steil an. Bei der Sonne drängen sich Heliumbrennen, AGB und planetarischer Nebel auf der logarithmischen Zeitachse in einen schmalen Strich: Sie dauern zusammen nur gut 1 % ihres Lebens.

Hauptreihen-Lebensdauer und Masse

Für jede Masse das Alter suchen, bei dem der Stern die Hauptreihe verlässt (Anzeige rechts wechselt), und in Millionen Jahren eintragen. Stationen helfen beim Prüfen.

Nr.	Masse M in M_☉	Lebensdauer t in Mio. Jahren

Aufträge

Starte den Zeitraffer. In welcher Reihenfolge verlassen die Sterne die Hauptreihe? Begründe mit der Masse-Leuchtkraft-Beziehung, warum schwere Sterne zuerst gehen.
Verfolge die Sonne: Wie ändern sich Temperatur, Leuchtkraft und Radius als Roter Riese? Wie groß wird sie auf dem AGB höchstens?
Bestimme die Hauptreihen-Lebensdauer für alle fünf Massen, trage sie ein und werte aus. Vergleiche die Steigung mit −2,5 aus der Abschätzungt ~ M^−2,5.
Stelle 100 Mio. Jahre ein. Welche Sterne stehen noch auf der Hauptreihe? Erkläre, wie man so das Alter eines Sternhaufens bestimmt.
Die Sonne bleibt rund 10,9 Mrd. Jahre auf der Hauptreihe, als heller AGB-Stern aber nur wenige Millionen Jahre. Was folgt daraus dafür, wie viele Sterne man im HRD in welchem Bereich findet?
Lies das Ende der Spuren für 15 und 40 Sonnenmassen ab. Was geschieht danach, und was bleibt übrig?

Theorie: Astronomie-Skript, Kapitel „Leben und Tod der Sterne“ und Abschnitt „Was das HRD verrät“.