Sterne mit ihren verschiedenen Spektralklassen(Temperaturen, Grouml;ssen)
Unter einem Stern (astronomisch und lateinisch aster, astrum, stella, sidus für "Stern, Gestirn";
ahd. sterno) versteht man in der Astronomie einen massereichen, selbstleuchtenden Himmelskörper
aus sehr heissem Gas und Plasma, wie zum Beispiel die Sonne. Daneben wird ein von der Sonne angestrahlter Planet unseres
Sonnensystems gemeinsprachlich auch Stern genannt, etwa Abendstern, obgleich er kein Stern wie die Sonne ist.
Das fachsprachliche Adjektiv zu Stern ist stellar.
Dass nahezu alle mit dem blossen Auge sichtbaren selbstleuchtenden Himmelskörper sonnenähnliche Objekte sind,
die nur wegen ihrer weiten Entfernung punktförmig erscheinen, ist eine der wichtigsten Erkenntnisse der modernen Astronomie.
Etwa drei Viertel der Sterne sind Teil eines Doppelstern- oder Mehrfachsystems, viele haben ein Planetensystem.
Gemeinsam entstandene Sterne bilden öfter Sternhaufen. Unter günstigen Bedingungen können mehrere Tausend
Sterne freiäugig unterschieden werden. Sie gehören alle zur gleichen Galaxie wie die Sonne, zur Milchstrasse,
die aus über hundert Milliarden Sternen besteht. Diese Galaxis gehört gemeinsam mit ihren Nachbargalaxien zur Lokalen Gruppe,
einem von abertausend Galaxienhaufen.
Sterne entstehen aus Gaswolken - in bestimmten Gebieten (H-II-Gebiet) aus gasförmigen Molekülwolken -
durch lokale starke Verdichtung in mehreren Phasen. Sie werden von der Schwerkraft ihrer eigenen Masse zusammengehalten
und sind daher annähernd kugelförmig. Während ein Stern im Inneren mehrere Millionen Grad heiss ist
(beim Kern der Sonne knapp 16000000 Kelvin), liegt bei den meisten die Oberflächentemperatur etwa zwischen 2000 K und
20000 K (bei der Photosphäre der Sonne knapp 6000 K); Weisse Zwerge können als freigelegte Sternkerne Temperaturen
bis zu 100000 K an ihrer Oberfläche erreichen. Von der glühenden Sternoberfläche geht nicht nur eine
intensive Strahlung wie Licht aus, sondern auch ein Strom geladener Plasmateilchen (Sternwind) weit in den Raum und
bildet so eine Astrosphäre.
Sterne können sich in Masse und Volumen erheblich unterscheiden, wie auch hinsichtlich Leuchtkraft und Farbe;
im Verlauf der Entwicklung eines Sterns verändern sich diese Eigenschaften. Eine orientierende Klassifizierung der
Sterne wird schon allein mit den beiden Merkmalen absolute Helligkeit und Spektraltyp möglich.
Die Eigenschaften von Sternen sind auch von Bedeutung bei der Frage, ob ein sie umkreisender Planet Leben tragen könnte
oder nicht (siehe habitable Zone).
Eigenschaften der Sterne einer Galaxie
Die Sterne einer Galaxie haben eine breite Palette physikalischer Eigenschaften, die je nach Sternart, Entwicklungsstadium und
galaktischer Umgebung variieren.
Hier ist eine Übersicht der wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Sternen in einer typischen Galaxie:
1. Masse
Massenbereich: Sterne in einer Galaxie haben Massen von etwa 0.08 Sonnenmassen (braune Zwerge, die keine echten Sterne sind)
bis zu etwa 100-150 Sonnenmassen (massereiche Sterne).
Niedermassige Sterne: 0.08 bis 0.5 Sonnenmassen (z.B. rote Zwerge).
Sterne mittlerer Masse: 0.5 bis 8 Sonnenmassen (z.B. sonnenähnliche Sterne).
Massereiche Sterne: über 8 Sonnenmassen (z.B. O- und B-Sterne).
2. Grösse und Radius
Sternradien: Der Radius eines Sterns variiert stark und hängt von seiner Masse und seinem Entwicklungsstadium ab.
Rote Zwerge: Kleiner als die Sonne, etwa 0.1 bis 0.6 Sonnenradien.
Sonneähnliche Sterne: Ca. 1 Sonnenradius.
Rote Riesen: 10 bis 1.000 Sonnenradien.
Weisser Zwerg: Sehr klein, etwa 0.01 Sonnenradien.
Neutronensterne: Extrem kompakt, mit einem Radius von etwa 10-20 km.
3. Leuchtkraft
Leuchtkraftbereich: Die Leuchtkraft eines Sterns reicht von weniger als 0.01 Sonnenleuchtkräfte ($L_{sonne}$) bei roten Zwergen
bis zu mehreren Millionen Sonnenleuchtkräften bei massereichen Sternen.
Niedrige Leuchtkraft: Rote Zwerge, oft nur $0.0001$ bis $0.1 L_{sonne}$.
Mittlere Leuchtkraft: Sonnenähnliche Sterne, etwa $1 L_{sonne}$.
Hohe Leuchtkraft: Superriesen können bis zu $1000000 L_{sonne}$ erreichen.
4. Temperatur
Oberflächentemperaturen: Die Temperatur variiert je nach Spektralklasse und Entwicklungsstadium.
Kalte Sterne: Rote Zwerge und Rote Riesen, ca. 2000 bis 4000 K.
Sonneähnliche Sterne: Ca. 5800 K.
Heisse Sterne: Blaue Sterne (z.B. O- und B-Klasse), ca. 10000 bis 40000 K.
Weisser Zwerg: Temperaturen von ca. 10000 bis 100000 K.
5. Spektralklassen
Spektraltypen: Sterne werden nach ihrer Temperatur und Spektrallinien in Klassen eingeteilt: O, B, A, F, G, K, M (von heiss nach kalt).
O-Typ: Sehr heiss und massereich, blau, > 30000 K.
B-Typ: Heiss, blau-weiss, 10000 bis 30000 K.
A-Typ: Weiss, 7500 bis 10.000 K.
F-Typ: Gelb-weiss, 6000 bis 7500 K.
G-Typ: Gelb (Sonne), 5000 bis 6000 K.
K-Typ: Orange, 3500 bis 5000 K.
M-Typ: Rot, < 3500 K.
siehe auch: Spektralklassen von Sternen
6. Lebensdauer und Entwicklungsstadium
Lebensdauer:
Niedermassige Sterne: Leben am längsten, bis zu mehreren Billionen Jahren.
Sonneähnliche Sterne: Ca. 10 Milliarden Jahre.
Massereiche Sterne: Leben am kürzesten, nur wenige Millionen Jahre.
Entwicklungsstadien:
Hauptreihensterne: Die meisten Sterne einer Galaxie befinden sich in diesem stabilen Stadium, wo sie Wasserstoff zu Helium fusionieren.
Rote Riesen und Superriesen: Späteres Entwicklungsstadium, nachdem der Wasserstoff im Kern verbraucht ist.
Weisser Zwerg: Endstadium für Sterne bis ca. 8 Sonnenmassen.
Neutronensterne und Schwarze Löcher: Endstadien massereicher Sterne nach einer Supernova-Explosion.
7. Rotation
Rotationsgeschwindigkeit: Variiert stark zwischen Sternen und kann von wenigen Kilometern pro Sekunde (langsamer Rotator)
bis zu mehreren hundert Kilometern pro Sekunde (schneller Rotator) betragen.
Niedermassige Sterne: Rotieren langsamer, besonders wenn sie alt sind.
Massereiche Sterne: Können sehr schnell rotieren, bis zu $200-300 km/s$ an der Oberfläche.
8. Magnetfeld
Magnetfeldstärke: Sterne besitzen Magnetfelder, deren Stärke von schwach (bei sonnenähnlichen Sternen) bis extrem
stark (bei magnetischen Weissen Zwergen und Neutronensternen) reicht.
Sonne: Magnetfeld von etwa $1 gauss$ an der Oberfläche, aber viel stärker in Sonnenflecken.
Magnetare: Neutronensterne mit Magnetfeldern von bis zu $10^{11}$ bis $10^{15} gauss$.
9. Chemische Zusammensetzung (Metallizität)
Metallizität: Der Anteil schwerer Elemente in einem Stern (alles schwerer als Helium wird als "Metall" bezeichnet).
Pop I Sterne: Höhere Metallizität, jüngere Sterne wie die Sonne.
Pop II Sterne: Niedrigere Metallizität, ältere Sterne in den Halos von Galaxien.
Pop III Sterne: Hypothetische, erste Sterne des Universums, extrem metallarm.
10. Bewegung und Position
Eigene Bewegung: Sterne in einer Galaxie bewegen sich in Umlaufbahnen um das galaktische Zentrum, mit Geschwindigkeiten von
etwa 220 km/s (für Sterne in der galaktischen Scheibe).
Position in der Galaxie: Sterne können sich in der galaktischen Scheibe, im Bulge (Kernregion) oder im Halo einer Galaxie befinden,
wobei ihre Eigenschaften oft mit ihrer Position korrelieren.
11. Leuchtkraftklassen
Leuchtkraftklasse: Beschreibt die Helligkeit und Grösse eines Sterns in Bezug auf andere Sterne derselben Spektralklasse.
Hauptreihensterne (V): Normale Sterne in der Mitte ihres Lebens.
Riesen (III): Leuchtkräftige, expandierte Sterne.
Überriesen (I): Sehr leuchtkräftige, massereiche Sterne in einem späten Entwicklungsstadium.
Weisse Zwerge (D): Kleine, leuchtschwache Sterne im Endstadium.
