In einem Kugelhaufen gibt es meistens zwei verschiedene Sternengenerationen. Die erste Generation, die weniger schwere Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff oder Natrium enthält und eine zweite Generation, die mehr dieser Elemente enthält (weil sie von den ersten Sternen bei ihrem Tod ins All gepustet wurden und so der zweiten Generation zur Verfügung standen). Eine dieser früheren Arbeiten hatte die Menge an Cyan (ebenfalls eine chemische Verbindung, die in der zweiten Generation häufiger ist) in den Sternantmosphären gemessen. Ungefähr 40 Prozent der Roten Riesen waren arm an Cyan, 60 Prozent waren Cyan-reich. Bei den AGB-Sternen waren aber alle Sterne Cyan-arm. Das ist ein sehr unerwartetes Ergebnis, denn eigentlich sollte sich die chemische Zusammensetzung der äußeren Sternbereiche beim Übergang von Roten Riesen zu AGB-Sternen nicht allzu sehr ändern.

Campbell wollte dieser Frage auf den Grund gehen und halt selbst Untersuchungen angestellt. In NGC 6752 hat er jede Menge Rote Riesen und AGB-Sterne untersucht und ihren Natrium-Gehalt gemessen. Bei den Roten Riesen fand er wieder die übliche Mischung. 30 Prozent waren natriumarm, 70 Prozent hatten viel Natrium. Die AGB-Sterne aber waren alle Natriumarm! So sehen die Daten aus (das Bild stammt aus der Arbeit von Campbell und seinen Kollegen):

agb

Die x-Achse gibt die Temperatur der Sterne an, die y-Achse die Menge an Natrium. Rot sind die Roten Riesen und blau die AGB-Sterne. Man erkennt deutlich, dass die AGB-Sterne alle unter der Trennlinie zwischen natriumarm und natriumreich liegen.

Es scheint also wirklich so zu sein, dass nur die Sterne der ersten Generation die AGB-Phase erreichen. Die Sterne der zweiten Generation mit ihrer erhöhten Menge an schweren Elementen lassen sie aus und wandeln sich direkt vom Roten Riesen zum Weißen Zwerg. Die Gründe dafür sind noch nicht völlig klar. Ob ein Stern ein AGB-Stern wird, hängt zum Beispiel davon ab, wie viel Masse in seiner Hülle vorhanden ist. Und wie viel Masse er in seiner Hülle hat, hängt davon ab, wie lange er ein Roter Riese ist (in dieser Phase beginnen die großen Sternwinde, die das Gas der Hülle ins All blasen). Es hängt aber auch davon ab, wie viel Helium im Stern vorhanden ist; wann er es in welcher Schale verbrennt, und so weiter.

Campbell kommt zu dem Schluss, dass die Modelle der Sternentwicklung in dieser Hinsicht verbessert und angepasst werden müssen. Die neuen Erkenntnisse haben auch Auswirkungen auf die Interpretation von Beobachtungsergebnissen. AGB-Sterne gehören zu den hellsten Sterne, die man in einem Kugelsternhaufen beobachten kann. Wenn nun aber nicht alle Sterne AGB-Sterne werden, sondern nur die, mit ausreichend wenig schweren Elementen, dann gibt es in den Haufen auch weniger AGB-Sterne als man laut Theorie erwarten würde. Deutlich weniger, immerhin waren es in Campbells Studie 70 Prozent, die sich nicht zu AGB-Sternen entwickelt haben!

Ob die Ergebnisse wirklich so dramatisch sind oder ob spätere Beobachtungen und die neuen Modelle die Sache wieder ein wenig relativieren, wird sich zeigen. Aber was immer am Ende auch heraus kommt: Wir werden die Sterne danach besser verstehen als jetzt!

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Kommentare (23)

  1. #1 Gustav
    3. Juni 2013

    “Wenn Beobachtungen die Modelle der Wissenschaft bestätigen, dann ist das gut. Es ist ein Zeichen dafür, dass man einigermaßen verstanden hat, wie die Dinge funktionieren.”

    Es ist immer nur ein Zeichen dafür, dass man in der Annahme bestätigt wurde, etwas gut zu verstehen – das kann Morgen schon wieder ganz anders aussehen. 😉 Und es ist immer interessanter, wenn eine Beobachtung nicht mit dem Modell übereinstimmt. Wobei das keine Falifikation für die Theorie ist (das wäre eine Sofortfalsifikationen), sondern ein Zeichen dafür, dass mit dem gesamten System etwas nicht stimmt, das ganze System aus “Theorie, die Theorie sagt einen was man beobachten kann, Beobachtung” ist falsifiziert. Der Widerspruch im System muss aufgelöst werden.

    Ansonsten (wobei du kannst meinen Einwand, wegen eines simplen Einleitungssatzes, auch gerne als Klugscheisserei ad acta legen 😉 ) danke für den – wie immer – interessanten Artikel.

  2. #2 eumenes
    3. Juni 2013

    Jetzt wird es noch schlimmer. Nur massereiche Sterne haben überhaupt den Bereich der Riesen erreicht. Wenn aber nicht alle Masser über “Sonnenwind” u.a. abgeben, sondern direkt zu weißen Zwergen werden, wo sind sie dan? Die Durchschnittsmasse der WD beträgt ca. 0,7 Sonnenmassen, alleine diese Zahl ist viel zu niedrig. Also müsste es nur so von – von der Presse so geliebten – Schwarzen Löchern wimmeln. Aber die gibt es eben als Messergebnis auch nicht.

  3. #3 Bullet
    3. Juni 2013

    @eumenes:
    hä? Hab ich nicht verstanden.
    a) Wieso sollen Sterne keine Masse über Sternwinde verlieren?
    b) wieso ist 0,7 Sonnenmassen zu niedrig?
    c) wieso sollen da jetzt Schwarze Löcher sein?

  4. #4 Florian Freistetter
    3. Juni 2013

    @eumenes: Ich verstehe nicht was du meinst. Mit schwarzen Löchern hat das nichts zu tun. Die entstehen bei ganz anderen Prozessen.

  5. #5 eumenes
    3. Juni 2013

    @ Bullet
    a. der Masseverlust nach derzeitigen Modellen beträgt maximal 2% durch Sonnenwind
    b. Sterne ddr 2. Generation, die heute schon WD sind mussten deutlich über 1 Sonnenmasse gehabt haben, die Grenze zum Neutronenstern liegt bei 1,5 Sonnenmassen; aber kaum ein WD über 0,7 Sonnenmassen. Beispiel Sirius B muss durch Massenaustausch ca. 2 Sonnenmassen gehabt haben.
    c. Jenseits der Neutronensterne, also ab ca. 2 Sonnenmassen gibt es keine bekannte stabile Form.

  6. #6 Florian Freistetter
    3. Juni 2013

    @eumenes: Lies dir doch mal das paper durch: http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1323/eso1323a.pdf
    Vielleicht wird dir dann klarer, worum es geht und worum nicht.

  7. #7 Alderamin
    3. Juni 2013

    @eumenes

    Schwarze Löcher und Weiße Zwerge haben zunächst einmal nichts miteinander zu tun – die ersten (jedenfalls die mit stellaren Massen) brauchen große Supernova-Explosionen und somit Vorgängersterne jenseits von 20 Sonnenmassen, letztere brauchen Vorgängersterne von ungefähr Sonnenmasse, die gerade nicht explodieren können.

    Zum zweiten hat man hier einen Kugelsternhaufen in 13000 Lichtjahren Entfernung untersucht. Während Rote Riesensterne sehr hell, auffällig und weit zu sehen sind, sind es Weiße Zwerge gerade nicht: der Begleiter von Sirius hat gerade einmal 11,4. Größenklasse in nur 8,46 Lichtjahren Entfernung. Im Kugelsternhaufen, der 1500 mal weiter entfernt ist, erschiene er nur mit 27. Größenklasse und wäre in dem Gewimmel des Kugelsternhaufens folglich nicht zu entdecken.

    Zum Dritten sind alle Kugelsternhaufen der Milchstraße sehr alt und Sterne von mehr als 0,8 Sonnenmassen haben die Hauptreihe dort bereits verlassen. Es sind also nicht nur die massereichsten Sterne schon zu Riesen geworden (es sei denn, Du rechnest Sterne von 1 Sonnenmasse bereits zu den massereichen – es gibt ja in der Tat weitaus mehr masseärmere Rote Zwerge).

  8. #8 Adent
    3. Juni 2013

    @Florian Freistetter
    Bischen offtopic, aber ich denke hier findest du es am schnellsten: Bei deinen Juni-Terminen ist der falsche Monat (Mai) angegeben.

  9. #9 eumenes
    3. Juni 2013

    Danke für Erklärungen.
    Allerdings eine Frage an Alderamin.
    Gehen wir davon aus, dass Sirius A und B gleichzeitig entstanden sind, so muss durch Austausch über die Roche-Grenze B Materie von A abgezogen haben und dann die HR verlassen haben, in den Riesenast und dann jede Menge Masse verloren haben.
    Wo sind die mindesten 2 Sonnenmassen geblieben?

  10. #10 Alderamin
    3. Juni 2013

    @eumenes

    Das steht hier.

    Wo hast Du die höchstens 2% Verlust durch Sternwinde her? Für welche Sterne gilt die, scheint eher die Hauptreihe zu betreffen als Rote Riesen. Schließlich bilden Rote Riesen ja auch planetarische Nebel, und die haben alleine schon bis zu einer Sonnenmasse (Quelle).

  11. #11 Alderamin
    3. Juni 2013

    @eumenes

    Noch was zu Sirius: der hat eine große Halbachse von 20 AE mit einem Periastron von 8 AE; wenn der Abstand (aufgrund der ehemals höheren Masse von B) nicht erheblich geringer war (unter 2 AE), dann kann es keinen Massentransfer gegeben haben (außer dem, was A so an Sternenwind von B einfangen konnte; jedenfalls keinen direkten Transfer über die Roche-Grenze). Dafür sind die Sterne zu weit voneinander entfernt.

    Rote Riesen werden nicht viel größer als 300, 400 Sonnenradien oder 1,8 AE. Überriesen sind wieder was anderes, die werden zwar größer, aber keine Weißen Zwerge, sondern Neutronensterne.

  12. #12 JaJoHa
    3. Juni 2013

    Warum ist im Diagramm denn der Verhältnis im Vergleich zu Fe? Ist H oder He nicht sinnvoller, vorallem weil die ersten Sterne ganz ohne Fe waren.

  13. #13 Florian Freistetter
    3. Juni 2013

    @JaJoHa: Gute Frage. In der Astronomie nimmt man immer Eisen als Vergleich; ist halt Konvention. Frag mich nicht warum – wir Astronomie bezeichnen ja auch alles außer H und He als “Metall”. Wir haben da manchmal komische Ideen…

  14. #14 Sotho Tal Ker
    3. Juni 2013

    Die 2.7ly sind wohl der Kerndurchmesser, insgesamt hat der Haufen etwa einen Durchmesser von ~100ly, zumindest laut APOD: http://www.starobserver.org/ap120210.html

  15. #15 Sepp
    3. Juni 2013

    @Gustav: Hättest du doch wenigstens den ganzen ersten Absatz gelesen und nicht nur den ersten Satz. Dann hättest du dir deinen ganzen Text sparen können 😉

  16. #16 Bullet
    4. Juni 2013

    @JaHoHa, Florian:

    Gute Frage. In der Astronomie nimmt man immer Eisen als Vergleich; ist halt Konvention

    Glaub ich nicht (also das “ist halt Konvention”). Ausgerechnet Eisen ist doch der Endpunkt der exothermen Fusionsreihe. Hat der Stern erst Fe erbrütet, fällt das aus allen energiefreisetzenden Gleichungen raus. Es würde mich schwerst wundern, wenn dieser Umstand nicht zur Eichung herangezogen würde.

  17. #17 Florian Freistetter
    4. Juni 2013

    @Bullet: “Glaub ich nicht (also das “ist halt Konvention”). Ausgerechnet Eisen ist doch der Endpunkt der exothermen Fusionsreihe. Hat der Stern erst Fe erbrütet, fällt das aus allen energiefreisetzenden Gleichungen raus. Es würde mich schwerst wundern, wenn dieser Umstand nicht zur Eichung herangezogen würde.”

    Naja, klar wirds auch nen Grund geben. Aber man könnte genau so gut ein anderes Element nehmen und auch dort nen Grund finden. Insofern ist die Wahl von Eisen halt schon Konvention. Aber am Ende ist es auch egal… Hauptsache man weiß, worum es geht.

  18. #18 Gustav
    4. Juni 2013

    @Sepp: Den hab ich gelesen. 😉 Aber egal, war wie gesagt nur Klugscheisserei bei einem Einleitungstext, mir war halt fad… 😉

  19. #19 Ludger
    4. Juni 2013

    Weil es hier auch um Kugelsternhaufen geht, kann ich vielleicht eine Frage loswerden, die mich umtreibt, seit ich mal Messier 13 (Kugelsternhaufen im Sternbild Herkules) im Teleskop angeschaut habe: Wie hell ist es zwischen den Sternen im Kugelsternhaufen? Wenn ich die oben angegebenen Zahlen überdenke (Der Kugelsternhaufen NGC 6752 hat etwa 160.000 Sterne und einen Durchmesser von 2,7 Lichtjahren), ist dort dunkel, es sei denn, man ist in der Nähe eines Sternes. Im Kleinteleskop sieht das aber aus, als sei alles hell erleuchtet.

  20. #20 Alderamin
    4. Juni 2013

    @Ludger

    Hab’ mal gelesen, das sei dort so als ob alle hellen Sterne so hell wie die Venus wären. 100 Venusse sind aber mit -9.5 mag immer noch dunkler als ein Vollmond mit -12 mag. Also nicht so hell, dass es zum Lesen reichte (ich hab’ bei Vollmond schon lesen können). Dennoch sicherlich spektakulär.

  21. #21 Ludger
    8. Juni 2013

    Ich hab mal das Kugelvolumen bei einem Durchmesser von 2,7LJ ausgerechnet (10 Kubiklichtjahre) und durch die Zahl der Sterne des Haufens (160000) geteilt: Jeder Stern hat dort im Mittel einen Raum von 0,000064412 Kubiklichtjahren zur Verfügung. Das entspricht einem Würfel mit einer Kantenlänge von 0,04Lichtjahren . Mit anderen Worten: der mittlere Abstand eines Sternes zum Nachbarstern beträgt im Kugelsternhaufen 0,04Lichtjahre. Das sind etwa 2500 AE. Im Zentrum werden die Sterne im Kugelsternhaufen aber wohl deutlich enger beieinander stehen.

  22. #22 Alderamin
    8. Juni 2013

    @Ludger

    Nur wird’s da nicht viele Planeten geben: kaum Metalle wegen der alten Sternenpopulation und viele enge Begegnungen, bei welchen die Planeten ins All katapultiert werden. Also niemand da, der die schöne Aussicht würdigen könnte.

  23. #23 Ludger
    8. Juni 2013

    Alderamin:”…niemand da, der die schöne Aussicht würdigen könnte.”
    Dazu käme noch ein eindrucksvoller Blick auf unsere Milchstraße. Schade, eigentlich, dass niemand das anguckt.