Dem Ursprung des Sternenstaubs auf der Spur (Videos)

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Wenn es im All staubt, entstehen Winde. Astrophysiker der Universität Wien haben ein neues Modell entwickelt, um Sternenstaub zu erforschen.

Alle Menschen sind aus Sternenstaub. Tatsächlich stammen wesentliche Elemente des menschlichen Körpers aus dem Inneren von Sternen. Sternenstaub ist insgesamt wichtiger Bestandteil der Materie unseres Sonnensystems. Ein Blick in den Sternen-himmel ist aber nicht nur ein Blick in die Entstehungsgeschichte des Menschen und der Erde. Kosmischer Staub ist zentral für die Evolution des Universums: Er ist für den Massenverlust sonnenähnlicher Sterne bedeutsam und damit für deren weitere Entwicklung.

Den Ursprüngen des kosmischen Staubs auf der Spur sind Wissenschaftler des Instituts für Astrophysik der Universität Wien. „Staub entsteht vor allem in den äußeren Schichten weit entwickelter Sterne, den sogenannten Roten Riesen“, sagt Walter Nowotny, der in der Sternwarte der Universität Wien forscht. Diese Himmelskörper mit großer Ausdehnung und besonders hoher Leuchtkraft stehen daher im Fokus der Wiener Forschergruppe.

Staub ist überall. Staub ist im All in verschiedener Form zu finden: Die beobachtbaren schwarzen Bahnen in der Milchstraße enthalten Staubpartikel, die Licht schlucken. Von Dunkelwolken spricht man, wenn Staub das Licht der Sterne blockiert. Und schließlich finden sich präsolare, also aus der Zeit vor der Entstehung des Sonnensystems stammende Staubkörner, in Meteoriten. Sternenstaub wird damit greifbar, wenn er in versteinerter Form auf der Erde landet.

Physiker und Mineralogen haben eine eher nüchterne Definition von Staub: „Gemeint sind mikroskopisch kleine Festkörper in der Größenordnung von Mikrometern, die physikalisch, chemisch und mineralogisch charakterisierbar sind“, so Nowotny. Für den Astrophysiker ist Staub vor allem als wichtiger Bestandteil der Materie im Universum von Interesse. Insgesamt macht kosmischer Staub zwar nur rund ein Prozent der Materie im Universum aus. „Sternenstaub ist aber dennoch besonders wichtig, da darin etwa die Hälfte der schweren Elemente gebunden ist: Staubpartikel „transportieren“ etwa Masse oder Impuls und sind damit entscheidend für verschiedene physikalische Effekte“, so Nowotny.

Bildet sich ein Staubkorn in den äußeren Schichten eines Roten Riesen, wird es durch die Strahlung im Sterninneren wegkatapuliert. Die Teilchen übertragen dabei den Impuls auf die benachbarten Gasteilchen. Dabei entstehen Winde mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 Kilometern pro Sekunde – das sind 54.000 Kilometer pro Stunde. Möglich ist das nur unter den speziellen Bedingungen, wie sie in den Atmosphären der Roten Riesen vorherrschen: hohe Dichten und zugleich niedrige Temperaturen. Niedrige Temperatur bedeutet dabei etwa 1500 Kelvin, das sind rund 1200 Grad Celsius. „Nur unter solchen Bedingungen können sich Atome zu Molekülen zusammenschließen und Staubkörner bilden.“

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Zukunft der Sonne. Wird Materie weggeschleudert, ergibt sich daraus ein enormer Massenverlust für den Stern. In ihrer Entwicklung haben Rote Riesen ein Endstadium sonnenähnlicher Sterne erreicht. „Sie zu beobachten ist damit zugleich ein Ausblick in die Zukunft unserer Sonne“, so Nowotny. Wird Materie in großen Massen ins All katapultiert, bleibt als Rest ein sogenannter Weißer Zwerg. Er ist stark komprimiert und leuchtschwach. Ein Blick in die Zukunft, die für menschliche Maßstäbe noch in weiter Ferne liegt: „Der Lebenszyklus der Sonne dauert mehr als zehn Milliarden Jahre, aktuell ist die Sonne circa fünf Milliarden Jahre alt.“ Halbzeit für die Sonne also.

Für ein möglichst rundes Gesamtbild nähern sich die Forscher dem komplexen Thema aus drei Perspektiven: Sie beobachten mit Teleskopen, arbeiten im Labor und führen Modellrechnungen am Computer durch. „Erst das Zusammenspiel der Methoden erlaubt ein tieferes Verständnis der Vorgänge im Weltall“, sagt Nowotny. Auch wenn das Projektziel – den Ursprung des kosmischen Staubs besser zu verstehen – wie ein „winziger Puzzlestein“ wirkt: Gemeinsam mit vielen anderen sollen die Erkenntnisse ein besseres Bild vom Universum ergeben.

Für solche Beobachtungen sind spezielle Weltraumteleskope notwendig, da die Phänomene nicht durch die Erdatmosphäre beobachtbar sind. „Rote Riesen haben sehr typische Spektren. Das beobachtbare Licht ist dabei durch die Moleküle und Staub-teilchen in den kühlen Atmosphären der Sterne geprägt “, so Nowotny. Die Infrarot-spektroskopie ist das Werkzeug, um den Sternenstaub physikalisch zu untersuchen.

Denn: Staub ist nicht gleich Staub. Auch im All gibt es unterschiedliche Arten, die Mineralogen unter die Lupe nehmen. In den Sternwinden bilden sich verschiedene Mineralien. Bei den Roten Riesen häufig sind etwa silikatische Mineralien, die man auch auf der Erde findet, zum Beispiel Olivine.

Modelle am Computer. Schließlich modellieren die Forscher am Computer, wie sich die Staubbildung auf die beobachtbaren Spektren der Sterne auswirkt. Hier setzt Nowotny den Fokus seiner Arbeit: „Die Simulation erlaubt uns besondere Einblicke“, sagt er und wählte dazu einen neuen Zugang: Bei bisherigen Untersuchungen lag der Fokus entweder auf der staubfreien Sternatmosphäre oder der Windregion weit entfernt vom Stern. Anhand von Modellen, die alle relevanten Sternschichten berücksichtigen, bildete Nowotny am Computer Sternspektren nach, die möglichst nahe an der Realität sind. Dazu nutzte der Wiener Astrophysiker verschiedene Modellierungsansätze. Einmal standen Fragen zur Mineralogie im Vordergrund: Welche Staubart entwickelt sich wo und mit welcher Teilchengröße? Und: Wie zeigen sich die verschiedenen Staubarten in den Infrarotspektren?

Pulsierende Sterne. In einem zweiten Ansatz berücksichtigte Nowotny auch die Pulsation im Sterninneren, ihre Effekte auf die atmosphärischen Schichten und das Licht, das ins All dringt. „Mit den neuen Computermodellen lassen sich nicht nur dynamische Aspekte wie die Entstehung von Wind nachstellen, sondern es können auch sehr charakteristische Eigenschaften der Roten Riesen wie etwa deren Lichtvariationen bei verschiedenen Wellenlängen simuliert werden.“ Stimmen die Details mit den Beobachtungen überein, erlaubt dies Rückschlüsse, ob ein physikalisches Szenario zutrifft. Mit seinem Modell der Simulation von Sternatmosphäre, Staubbildung und Wind hat Nowotny den Spielraum für Weltraumuntersuchungen am Computer jedenfalls erweitert.

Menschen bestehen aus Sternenstaub. Der Körper des Menschen ist im wahrsten Sinne des Wortes ein Sternenkleid. Er besteht zur Gänze aus Sternenstaub, der Asche toter Sonnen.

Die Menschheit und ihre Welt ist mit dem All nicht nur durch ihre Fantasie verbunden, sondern auch durch ein gemeinsames kosmisches Erbe: die chemischen Elemente, aus denen unser Körper besteht. Wie entstanden (bzw. entstehen) diese chemischen Elemente?

Nach der Geburt eines Sterns verbrennt in seinem Zentrum zunächst das häufigste Element, Wasserstoff, wobei als Asche das Element Helium entsteht, und eine enorme Menge an Energie freigesetzt wird, die den Stern zum Leuchten bringt. Ist der Wasser-stoff im Zentrum verbraucht, verbrennt der Stern die neue Asche, Helium, wobei die Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff entstehen. So werden der Reihe nach immer schwerere chemische Elemente produziert.

Irgendwann ist aber auch das letzte Brennmaterial verbraucht, und dann sterben diese Sonnen in einer gewaltigen Explosion, wobei sie die in Milliarden von Jahren herge-stellten Elemente im Raum verstreuen. (s. Lexikon Rote Riesen) Diese verstreute „Asche“ sammelt sich in riesigen Sternenstaubnebeln, die sich irgendwann lokal verdichten und zur Geburt neuer Sternengenerationen führen.

Durch eine solche lokale Verdichtung eines Sternenstaubnebels wurden vor fünf Milliarden Jahren auch unsere Erde, die Sonne und ihre Planeten geboren. Jedes Objekt des Sonnensystems und jedes Lebewesen beinhaltet daher Atome aus fernen Ecken unserer Galaxis. In gewisser Weise war jeder von uns einmal Bestandteil mehrerer Sterne, und wir bestehen buchstäblich aus Sternenstaub.

Der Ursprung des Eisens in unseren Blutzellen, des Sauerstoffs in der Luft, des Kohlen-stoffs und Stickstoffs in unserem Gewebe und des Kalziums in unseren Knochen liegt also im Inneren zahlreicher Sonnen und viele Milliarden Jahre zurück.

Video: Stardust

Video: Carl Sagan – Wir sind die Kinder der Sterne

Quellen: PRAVDA TV/takimo.de/diepresse.com vom 20.04.2014

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20 comments on “Dem Ursprung des Sternenstaubs auf der Spur (Videos)

  1. Wenn man das All verstehen will, muss man nicht die Physiker fragen, sondern die Mystiker, oder deren Bücher lesen, Es verbrennt kein Wasserstoff in den Sternen, die Sterne bestehen aus heissem Kohlenstoff. Der Kohlenstoff mag es gar nicht, wenn er so gepresst wird. Da der Kohlenstoff in Bewegung ist, entsteht die Hitze. Dann muss man wissen, dass alles altert, die Sonnen, die Planeten, die Menschen, aber auch die Atome. Aus dem Wasserstoff wird Kohlenstoff, dann Silizium. So sind alle Elemente auf der Erde entstanden. Die Erde, ein Kind der Sonne. Zuerst bildet die Sonne einen Ring wie beim Saturn ersichtlich, dieser reisst auf und es bildet sich eine Kugel, die Erde, die Venus, der Mars. Die Erde wird sich immer weiter von der Sonne entfernen, dabei vergast sie und wird auch grösser als Gasplanet.

  2. Hat dies auf BEWUSSTscout – Wege zu Deinem neuen BEWUSSTsein rebloggt und kommentierte:
    Alle Menschen sind aus Sternenstaub. Tatsächlich stammen wesentliche Elemente des menschlichen Körpers aus dem Inneren von Sternen. Sternenstaub ist insgesamt wichtiger Bestandteil der Materie unseres Sonnensystems. Ein Blick in den Sternen-himmel ist aber nicht nur ein Blick in die Entstehungsgeschichte des Menschen und der Erde. Kosmischer Staub ist zentral für die Evolution des Universums: Er ist für den Massenverlust sonnenähnlicher Sterne bedeutsam und damit für deren weitere Entwicklung.

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