Nach einer etwas längeren Pause geht es endlich wieder weiter in der Serie “Fragen zur Astronomie”. Und diesmal gleich mit einer besonders schönen Frage: Wie lange gibt es noch Sterne im Universum?

Ein Stern ist – etwas vereinfacht gesagt – eine große Kugel aus Wasserstoff und Helium in deren Inneren Kernfusion stattfindet. Diese Kernfusion setzt Energie frei und bringt den Stern zum Leuchten. Die Kernfusion verbraucht aber auch den Wasserstoff und wenn der alle ist, dann hört die Fusion auf. In der Endphase kann ein Stern zwar unter bestimmten Umständen auch noch andere Elemente wie Helium, Sauerstoff oder Kohlenstoff fusionieren, aber irgendwann ist dann Schluss. Der Stern hört auf ein Stern zu sein und wird zu einem Objekt in dem keine Kernfusion mehr stattfinden kann. Je nach der ursprünglichen Masse des Sterns ist das dann ein weißer Zwerg, ein Neutronenstern oder ein schwarzes Loch.

Sterne gibt es nicht für immer Bild: ESA, NASA)

Sterne gibt es nicht für immer Bild: ESA, NASA)

Das Leben eines Sterns ist also endlich. Aber Sterne sterben nicht nur, sie werden auch immer wieder neu geboren. Aus den riesigen Gaswolken im interstellaren Raum können immer wieder neue Sterne entstehen. Aber nicht beliebig lange! In unserer Milchstraße entstehen zum Beispiel im Durchschnitt nur drei bis fünf neue Sterne pro Jahr. Früher – also vor ein paar Milliarden Jahren – war das anders, da entstanden wesentlich mehr Sterne. Junge Galaxien haben nicht nur mehr Gas zur Verfügung aus dem Sterne entstehen können; sie sind auch sehr viel dynamischer. Und es braucht Dynamik, damit das Gas in den Wolken kollabieren und zu einem Stern werden kann.

Aber egal ob jetzt viele oder wenige Sterne entstehen: Hauptsache sie entstehen! Das tun sie jetzt und das werden sie auch in der Zukunft tun. Irgendwann ist dann aber tatsächlich Schluss. Das im beobachtbaren Universum vorhandene Gas ist begrenzt. Die genaue Menge abzuschätzen ist schwierig; wenn ein Stern am Ende seines Lebens zum Beispiel in Form einer Supernova explodiert kommt ja immer auch ein wenig zurück ins All. Aber man kann zumindest grob absehen, wann es mit den Sternen vorbei sein wird.

Die Astronomen Fred Adams und Gregory Laughlin haben das sehr ausführlich in ihrer Arbeit “A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects” getan. Sie teilen die vergangene und zukünftige Geschichte des Kosmos in fünf Phasen ein. Direkt nach dem Urknall gab es noch keine Sterne; es dauerte ungefähr eine Million Jahre, bis sich die allerersten Sterne bilden konnten. Diese erste Ära wird die Strahlungsdominierte Ära genannt. Seit damals leben wir in der Sternenreichen Ära. Der Himmel ist voll mit Sternen und Galaxien; so wie wir ihn kennen. Die Lebensdauer der Sterne ist unterschiedlich; je nach ihrer Masse. Unsere Sonne hat eine gesamte Lebensdauer von ungefähr 10 Milliarden Jahren; massereichere Sterne leben kürzer und masseärmere Sterne können deutlich länger leben. Kleine rote Zwergsterne wie zum Beispiel unser nächster Nachbar Proxima Centauri haben eine Lebenserwartung die sich in Billionen Jahren misst. Aber ungefähr 100 Billionen Jahre nach dem Urknall wird die Ära der Sterne zu Ende gehen. Die Sonne und die Erde gibt es da natürlich schon lange nicht mehr, aber in dieser fernen Zukunft werden auch die letzten roten Zwerge ihren Brennstoff verbraucht haben und es wird kein Gas mehr für neue Sterne übrig sein.

Auf die Sternenreiche Ära folgt dann die Ära der Degeneration in der sich die verbleibenden Objekte – weiße Zwerge, Planeten, braune Zwerge, etc – langsam gegenseitig zerstören bzw. in schwarze Löcher fallen. Noch weiter in der Zukunft folgt die Ära der schwarze Löcher, die dann das Universum dominieren und irgendwann wird dann endgültig die Dunkle Ära anbrechen, in der sich auch die schwarzen Löcher aufgelöst haben und die Atome der Materie langsam zu Strahlung zerfallen (siehe dazu auch hier). Das wird so weit in der Zukunft stattfinden, das es kaum mehr vernünftige Zahlen gibt: 10100 bis 101000 Jahre. Das kann sich auch niemand mehr vorstellen – die paar Billionen Jahre in denen Sterne das Universum erhellen fallen bei diesen Maßstäben kaum mehr ins Gewicht.

Die Antwort auf die Frage lautet also: Sterne gibt es noch etwa 100 Billionen Jahre lang, dann ist Schluss. Wir können also froh sein, dass wir in der sternenreichen Ära des Kosmos leben. Obwohl es ja auch nicht anders sein könnte: Gäbe es keine Sterne, dann gäbe es auch das Leben so wie wir es kennen nicht. Wir können nur in einem Universum voller Sterne existieren.

Mehr Antworten findet ihr auf der Übersichtsseite zu den Fragen, wo ihr selbst auch Fragen stellen könnt.

Kommentare (30)

  1. #1 vroomfondel
    6. Februar 2017

    Wird eigentlich das ganze extra-galaktische Gas in den Halos und zwischen den Galaxien wieder zurueckgefuerht in den Kreislauf, oder ist das verloren?

  2. #2 Frantischek
    6. Februar 2017

    Najo…
    Macht da nicht die kosmische Expansion irgendwann vor ein paar billionen Jahren einen Strich durch die Rechnung?

    Ich bilde mir ein in einem Ted Talk was von ca. 20 milliarden Jahren gehört zu haben, bevor man keine anderen Galaxien mehr am Nachthimmel sehen kann.

    Wie lang danach, bis die Galaxien selbst so stark expandieren dass sich aus dem vorhandenen Gas keine Sterne mehr bilden können?

  3. #3 Boombox
    6. Februar 2017

    Mal wieder ein sehr informativer Artikel. Aber auch etwas deprimierend, dass selbst das Universum irgendwann quasi endet, auch wenn das voraussichtlich noch so lange dauert.

    Aber ungefähr 100 Billionen Jahre nach dem Urknall wird die Ära der Sterne zu Ende gehen.

    Dann ist ja an Doctor Who wenigstens eine Sache realistisch. 😉

  4. #4 bruno
    antarctica
    6. Februar 2017

    Ich bin ja Fan – und seit Jahren. Und deine Orthographie hat sich ungemein verbessert seit 2009!! Aber deine “Fälle”! Als Wissenschafts-Blogger-Kommunikauter…

    eine große Kugel aus Wasserstoff und Helium in deren Inneren Kernfusion stattfindet.

    “in derem innerem … ” = schwacher Kasus Dativ

    aber der Artikel ist TOLL!!!
    😀 lg

  5. #5 Caracalla
    6. Februar 2017

    Irgendwie ganz schon deprimierend – gut, dass ich das nicht mehr erleben muss…

  6. #6 Intensivpfleger
    6. Februar 2017

    Ah, eine ähnliche Fragestellung hat mein Sohn neulich aufgeworfen und ich konnte sie nicht wirklich zufriedenstellend beantworten:
    gemessen an Universums-Maßstäben ist ja die Planetenentstehung um unsere Sonne herum noch irgendwie nachvollziehbar: Staub und mehr oder weniger große Gesteinsbrocken formieren sich im Laufe der Zeit zu den Planeten…. Irgendwann wird die Sonne diese Planeten verschlingen… soweit so gut.

    Aber ähnlich wie Frantischek scheitere ich auch an der Frage, ob nicht die kosmische Expansion verhindert dass früher oder später alles in einer Art Super-Schwarzem-Loch zusammenfällt, oder doch nur eine stetige Expansion von Schwarzen Löchern stattfindet…

    Aber Danke erst mal für diesen Artikel, das war schon mal erhellend. Letzendliche Fragen können vielleicht gar nicht beantwortet werden (zumindest werden wir die Verifizierung nicht mehr erleben 🙂 )

    Gruß vom
    Intensivpfleger

  7. #7 Boombox
    6. Februar 2017

    @bruno: “in dereM InnereM” ist aber auch falsch, richtig ist “in dereN InnereM”. Ist aber eigentlich zweitrangig, da nur ein kleiner Fehler und nicht hinderlich, um die Aussage zu verstehen. Und es ist ja eben kein Text über Grammatik, sondern einer über ein astronomisches Thema. 🙂

  8. #8 sax
    Deutschland
    6. Februar 2017

    Gibt es eigentlich einen scharfen Übergang zwischen Gaswolke und leuchtender Stern, also einen Moment in dem die Fusion einsetzt und der Stern quasi zündet, oder ist das ein langsamer Übergang (erst Fusionieren ab und zu Mal ein paar Atome und das werden mit der Zeit.immer mehr). Im zweiten Fall, wie lange dauert die Übergangsphase?

  9. #9 knorke
    6. Februar 2017

    Für mich ist die Info neu, dass schwarze Löcher auch nicht für die Ewigkeit sind. Ich dachte, wo nix raus kommt kann auch nix zerfallen bzw. wegstrahlen sodass Schwarze Löcher eigentlich immer übrg bleiben würden. Ist dann wohl nicht so.

  10. #10 René
    6. Februar 2017

    @bruno: Dieser Versuch einer grammatikalischen “Korrektur” ist nicht Dein Ernst, oder?

  11. #11 RPGNo1
    6. Februar 2017

    @knorke

    Ich dachte, wo nix raus kommt kann auch nix zerfallen bzw. wegstrahlen sodass Schwarze Löcher eigentlich immer übrg bleiben würden.

    Stephen Hawking hat postuliert, dass Schwarze Löcher doch Strahlung abgeben können. Das Phänomen wird daher auch als “Hawking-Strahlung” bezeichnet.
    https://de.wikipedia.org/wiki/Hawking-Strahlung
    Daraus folgt letztendlich auch, dass Schwarze Löcher keine unbegrenzte Lebensdauer besitzen.

  12. #12 Karl-Heinz
    6. Februar 2017

    @bruno

    Dr. Bopp ist abere anderer Meinung 😉

    http://canoo.net/blog/2016/02/25/derem-und-dessem/

  13. #13 ron
    6. Februar 2017

    Hört ihr mal bitte auf, euch über Grammatik zu streiten und beantwortet mal die Frage von sax/#8? Täte mich auch brennend interessieren tun. (…habt ihr jetzt davon)

  14. #14 Florian Freistetter
    6. Februar 2017

    @sax: Die Frage nach dem genauen Ablauf der Sternentstehung ist knifflig. Ich hab in meinem Buch “Die Neuentdeckung des Himmels” einiges dazu geschrieben (Eigenwerbung muss sein 😉 ). Der Übergang ist allerdings nicht scharf; es geht über diese Stadien: Dunkelwolke -> prästellarer Kern -> Protostern -> Stern. Aber wenn die Fusion einmal einsetzt, dann setzt sie auch ein und das vergleichsweise schnell. Der ganze Weg von der Dunkelwolke zum Stern dauert aber ~ eine Million Jahre.

  15. #15 Karl-Heinz
    7. Februar 2017

    @ron

    Um sich gusto für Florians Buch zu holen, empfehle ich einstweilen folgenden Link 🙂

    http://abenteuer-universum.de/sterne/sternentwick.html

  16. #16 knorke
    7. Februar 2017

    @RPGno1
    Oh gut. Den Begriff kannte ich aber nicht was es ist. Interessant. 100 Bio. Jahre ist dermaßen unvorstellbar, selbst nach kosmischen Maßstäben… irre.

  17. #17 Mirko
    7. Februar 2017

    Mich würde eher der Grenzbereich zw W’Zwerg und Neutronenstern interessieren, kann man den näher beschreiben? Ist ein Gebilde denkbar, in dessen Kern schon nur noch Neutronen vorhanden sind und am Rand Atome? Und gibt es an der Grenze dann auch Atome, deren Elektronen schon aus ihren Bahnen gedrückt, aber nicht mit Protonen ‘fusioniert’ sind. Muss doch ziemlich verrückte Quanteneffekte haben?

  18. #18 Carsten
    Potsdam
    7. Februar 2017

    Schöner Artikel. Vor einiger Zeit gab es meines Wissens mal eine kosmologische Arbeit, in der behauptet wurde, der Verlust der Längenskalen nach dem Wärmetod des Universums führe dazu, dass der Wärmetod-Zustand konform auf eine Urknall-Singularität abgebildet werden kann. Die Autoren gründeten darauf ihr zyklisches Modell. Leider finde ich die Quelle nicht mehr, weiss jemand dazu näheres?

  19. #19 Athanasios
    7. Februar 2017

    Lieber Herr Hofstetter, vielen Dank für Ihre Zeit, die Frage zu beantworten. Ich rechnete mit einer sehr langen Zeit. Ein Stern verbrennt ja 10% seines H-Vorrates, bis er dann stirbt. Ich weiß allerdings nicht, ob der Rest zur Wiederverwertung bereit steht. Hängt wohl von der Größe des Sterns und der Art des Abgangs ab.
    Aber diese Größenördnung hatte ich nicht erwartet (wie auch? Wie kann sich ein Mensch auch nur solche Unzahlen vostellen?)

    Vielen Dank auch für die weiterführende Literatur!

    Das Wichtigste jedoch: bleiben’s g’sund und machen Sie mit Ihrer tollen Arbeit weiter!

    Alles Gute hierfür,
    Athanasios

  20. #20 Athanasios
    7. Februar 2017

    I am deeply sorry, ich meinte natürlich “Herr Freistetter”. Bitte verzeihen Sie!

  21. #21 Yeti
    7. Februar 2017

    @Carsten/#18:
    Ich habe hier ein Buch von Roger Penrose (2010), das nennt sich “Cycles of Time” und das habe ich genau so verstanden. Dabei war aber auch die beschleunigte Expansion sehr wichtig. In Erinnerung sind mir insbesondere die genialen Diagramme (es ist ja nicht so leicht, vierdimensionale Vorgänge auf zweidimensionalem Papier darzustellen) geblieben, bei denen man echt das Gefühl bekommt, sich die Vorgänge “vorstellen” zu können.

  22. #22 Artur57
    7. Februar 2017

    Ich meine gelesen zu haben, dass sich 99 Prozent des Wasserstoffs noch nicht zu Sternen und Galaxien zusammen getan haben. Sie verharren in sogenannten Filamenten, die das All wie Bienenwaben durchziehen. Da wäre also noch Material für weitere Galaxien.

    Was ja nicht erstaunt, denn Wasserstoff und Helium bauen einen enormen Gegendruck auf, wenn sie komprimiert werden. Die Gravitation reicht da wohl nicht aus, um das zu kompensieren. Ein Punkt, an dem man wohl um die Dunkle Materie nicht herumkommt. Obwohl ich die eigentlich nicht mag.

  23. #23 Captain E.
    8. Februar 2017

    @Artur57:

    Das mit dem Wasserstoff mag stimmen, dass also fast nichts von den bei der primordialen Nukleosynthese entstandenen Atomen (in Sternen) fusioniert wurde. Die “Filamente” bestehen daher wie eigentlich alle baryonische Materie im Universum zu 70% aus Wasserstoff. Allerdings darf man eine nicht vergessen. Die Filamente im Universum, das sind (auch) wir: Sonne, Mond, Erde, Florian Freistetter, Artur57, Captain E. – einfach alles.

  24. #24 AmbiValent
    8. Februar 2017

    @Mirko

    Weißer Zwerg und Neutronensterne beinhalten bereits verschiedene Formen der Materie. Die Materie im Innern von Weißen Zwergen wird dominiert von “degenerierter Materie”, in denen die Atomkerne zwar noch für sich bleiben, die Elektronen aber nicht mehr zu den einzelnen Atomen gehören, auch nicht zu Molekülen, sondern nur noch der Gemeinschaft aller Atomkerne. Diese Struktur wird durch den Quanteneffekt des Elektronendegenerationsdrucks vor weiterer Kompression geschützt. Über der degenerierten Materie liegt normale Materie. (Es gibt degenerierte Materie schon in Form von metallischem Wasserstoff im Inneren von Saturn, darüber liegt dann aber viel mehr normale Materie)

    Bei Neutronensternen hat der Elektronendegenerationsdruck nicht mehr gereicht, und die Elektronen wurden in die Atomkerne gezwungen, wodurch ein Einheitsbrei von Neutronen entsteht, der wiederum durch den Neutronendegenerationsdruck vor weiterer Kompression geschützt wird. Über den Neutronen liegt wieder degenerierte Materie, die zum Teil stark geladen sein kann. Diese Ladungen sorgen mit der schnellen Rotation der Neutronensterne für ihre extrem starken Magnetfelder.

    Übergangsformen zwischen Weißen Zwergen und Neutronensternen gibt es meiner Ansicht nach nicht. Ein Weißer Zwerg entsteht, wenn ein Stern nur Wasserstoff oder nur Wasserstoff und Helium verfusioniert, aber keine ausreichenden Bedingungen für weitere Fusion hat. Dann schrumpft er zu einem Weißen Zwerg zusammen. Erhöht man die Masse eines Weißen Zwergs, bekommt man keinen Neutronenstern, sondern es setzt schließlich die Fusion explosionsartig wieder ein, und der Weiße Zwerg wird von einer Supernova zerrissen (ohne Überrest im Zentrum).

    Ein Neutronenstern entsteht nur in einer Supernova am Ende des Daseins eines Sterns, der immer weiter fusioniert, bis die Fusionen keine Energie mehr bringen. Ist ein Neutronenstern einmal entstanden, ist er so dicht, dass er keinen messbaren Masseverlust hat, und so sich auch nicht in Richtung eines Weißen Zwergs entwickelt.

  25. #25 Carsten
    13. Februar 2017

    @Yeti Danke, für’s auf die Sprünge helfen, genau das meinte ich. Conformal cyclic cosmology nennt sich das Modell. Ist zwar umstritten, aber ich finde, von den zyklischen Modellen ist es bei weitem das Eleganteste.
    https://en.m.wikipedia.org/wiki/Conformal_cyclic_cosmology

  26. #26 Michael Stängl
    22. Februar 2017

    @ Frantischeck und Intensivpfleger

    Zu Ihrer Frage hat Herr Freistetter bereits einen Antwortartikel geschrieben.

    Hier ist er:
    http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2015/02/16/wann-hat-sich-das-universum-so-weit-ausgedehnt-dass-wir-keine-anderen-galaxien-mehr-sehen-koennen/

    Zudem ist hinzuzufügen:
    Galaxien sind im Vergleich zum sich ausdehnenden Universum geradezu “lächerlich winzige” Gebilde.
    Die Gravitation aller Objekte, die sich innerhalb oder in der unmittelbaren Nähe der Galaxis befinden (plus der Dunklen Materie), überwiegt in diesen Größenordnungen die Kraft der Ausdehnung des Gewebes der Raumzeit, genannt Raum. Die Galaxien bleiben also beisammen.

    Galaxien werden sich also auf absehbare Zeit nicht durch die Ausdehnung der Raumzeit selbst ausdehen, es sei denn, es gibt irgend wann einmal das (noch hypothetische) “Big-Rip”-Szenario, laut dem alles auseinandergerissen werden kann (bis hinunter zur Größenordnung von Planeten), sollte es so dramatisch sein, wie manche Anhänger dieser Hypothese sagen.

  27. #27 Karl-Heinz
    22. Februar 2017

    @Michael Stängl

    Der eine Satz „Die Galaxien bleiben also beisammen.“ ist nicht ganz korrekt.

  28. #28 Bullet
    22. Februar 2017

    Inwiefern?

  29. #29 Karl-Heinz
    22. Februar 2017

    @Bullet

    Ich nehme an, dass bei weitentfernten Galaxien der gravitative Einfluss
    untereinander gering ist.

    Sie entfernen sich untereinander daher so schnell,
    wie sich der Raum dazwischen ausdehnt.

  30. #30 Alderamin
    22. Februar 2017

    @Karl-Heinz

    Ich habe die Aussage von Michael so verstanden, dass die Galaxien und ihre unmittelbare Umgebung in sich zusammen hielten, während die Galaxien untereinander sich von einander entfernten, und das ist korrekt.

    “Die Galaxien bleiben zusammen” kann man natürlich auch so verstehen, dass sie untereinander gebunden bleiben, aber das war m.E. nicht gemeint.

    Übrigens hält auch die lokale Gruppe noch zusammen. Die Galaxien jenseits davon entfernen sich hingegen alle von uns.