Thema im November/Dezember 2020: Was sagen uns die Sterne?

Im Licht und der sonstigen abgegeben Strahlung der Sterne steckt viel Information. Eigentlich alle Informationen, die die Astronomen haben und nutzen.

Anhand ihrer Farben kann man die Sterntemperatur grob einschätzen. Bild 1 zeigt den farbigen Doppelstern Albireo und Bild 2 das Sternbild Cassiopeia mit unterschiedlichen Sternfarben.

Zerlegt man mit einem Prisma oder einem optischen Gitter das Sternlicht in die Spektralfarben, kann man nähere Schlüsse ziehen und auch auf Amateur - Niveau Elemente in ihrer Atmosphäre nachweisen.

Durch Anregung von Elektronen und die zugehörigen Übergänge innerhalb der Atomhülle zwischen verschiedenen „Energiestufen“ oder „Schalen“ gemäß dem Atommodell von Nils Bohr wird Licht bestimmter Wellenlängen bei Gasen emittiert oder von Gasen vor einer Lichtquelle mit kontinuierlichem Spektrum absorbiert. Als solch gelten Sterne üblicherweise. Befinden sich bestimmte Elemente in ihrer Umgebung oder gar ihrer Atmosphäre, zeigen sich dunkle Linien im Spektrum, die man als Absorptionslinen bezeichnet.

Die Wellenlänge einer Absorptionslinie lässt Rückschlüsse auf das Element zu, das sie verursacht. So enthalten die Atmosphären vergleichsweise junger Sterne viel Wasserstoff (z.B. Vega), während alte Sterne (wie der rote Riese Aldebaran oder der Überriese Beteigeuze) auch schwerere Elemente aufweisen. Diese entstehen in späten Kernfusionsprozessen, bei denen auch größere Atomkerne fusionieren. Vergleiche dazu den Spektralvergleich in Bild 3.

Das ganze geht bei Sternen grob bis zum Element Eisen. Schwerere Elemente bedürfen zu ihrer Bildung sogar Sternenexplosionen (Supernovae). Alle schwereren Elemente konnten also erst entstehen, als im Weltall die ersten massereicheren Sterne ihr Leben in einer gewaltigen Explosion „aushauchten“.

Befindet sich um einen Stern herum angeregtes Gas (wie z.B. bei den Be-Sternen Gamma und Omicron Cassiopeiae) lässt sich das an hell leuchtenden Emissionslinien erkennen, die scheinbar zusammenhanglos im Sternspektrum zu finden sind. Die Bild 4 zeigt das in den Spektren. Diese Emission kann die Absorption des entsprechenden Elements in der Sternatmosphäre ganz oder teilweise überkompensieren, was sich im Spektraldiagramm zeigen lässt. Bei Bild 5 wurde das Spektraldiagramm von Gamma Cassiopeiae (mit voller Überkompensation) mit dem von Omicron mit nur teilweiser Überkompensation überlagert dargestellt. Hier ist die umgebende Gasscheibe entweder dünner oder stärker gegen die Betrachterebene geneigt, so dass man mehr von der eigentlichen Sternatmosphäre mit ihren Absorptionslinien „hinter“ der Gasscheibe erkennt.

Die Bilder entstanden zum Teil im Rahmen einer Jugend-forscht-Arbeit von Schülern der Realschule Hauzenberg.

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Bild 1:  Der farbige Doppelstern Albireo im Sternbild Schwan
Bild 2: Das Sternbild Cassiopeia mit ihren farbigen Sternen
Bild 3: Spektralvergleich verschiedener Sterne
Bild 4: Gamma Cassiopeiae und Omicron Cassiopeiae im Vergleich zur Theta Auúsrigae
Bild 5: Spektraldiagramme von Gamma und Omicron Cassiopeiae überlagert