Wenn wir Nachts zum Himmel schauen, dann sehen wir, wie die Sterne flackern und blinken. Aber das liegt nicht an den Sternen selbst, sondern an der unruhigen Erdatmosphäre, die ihr Licht durchqueren muss. Aber es gibt Sterne, die ihre Helligkeit verändern; mit freiem Auge können wir aber meistens nichts davon sehen, weil die Änderungen so schwach sind beziehungsweise so langsam verlaufen. Mit dem Teleskop haben die Astronomen aber schon viele verschiedene Gruppen veränderlicher Sterne entdeckt. Und dachten eigentlich, sie hätten so halbwegs verstanden, welche Sterne konstant leuchten und welchen nicht. Aber immer wenn man denkt, man wüsste Bescheid, dann kommt das Universum und zeigt einem etwas, das man vorher noch nicht kannte. Zum Beispiel eine neue Klasse von veränderlichen Sternen, die eigentlich gar nicht veränderlich sein sollten.
Der rote Riese Mira im Sternbild Walfisch gehört zu den wenigen Sternen, die auch mit freiem Auge deutliche Helligkeitsänderungen zeigen.
Es gibt viele Arten, wie Sterne ihre Helligkeit verändern können. Sogenannte kataklysmische Variable entstehen, wenn ein weißer Zwerg wiederholt zur Nova wird. Bedeckungsveränderliche bestehen aus zwei Sternen, die einander umkreisen und dabei das Licht des anderen blockieren. Die meisten Veränderlichen sind aber einfach nur Sterne, die heller und dunkler werden. Und das tun sie nicht durch eine Veränderung ihrer Größe. Man könnte ja meinen, der Stern wird deswegen heller, weil er sich ein wenig aufbläht und damit größer wird. Ein Stern, der pulsiert und deswegen auch seine Helligkeit verändert. Aber eine Veränderung der Größe hat nur einen geringen Einfluss auf die Änderung der Leuchtkraft. Dort läuft ein anderer Mechanismus ab, der mit der Opazität zu tun hat.
So bezeichnet man das Gegenteil von Transparenz. Die Opazität beschreibt bei Sternen, wie schlecht sie von Strahlung durchdrungen werden kann. Im Inneren eines Sterns entsteht die Energie durch Kernfusion und will dann hinaus. Das kann sie aber nicht sofort, weil sie andauernd gegen Elektronen und Atomkerne stößt und gestreut wird. Diese teilweise Undurchlässigkeit der Sternatmosphäre wird Opazität genannt und oft mit dem griechischen Buchstaben ϰ (kappa) bezeichnet. Wenn sich die Opazität im Sterninneren auf bestimmte Art und Weise verändert, dann kann der Stern zu pulsieren anfangen. Dieser Prozess heißt Kappa-Mechanismus und er funktioniert so:
Zuerst braucht man einen Stern, in dem die Opazität von der Temperatur abhängt. Das muss nicht im gesamten Stern so sein, es reicht, wenn es in einer Schicht der Atmosphäre so ist. Das kann zum Beispiel eine Schicht aus Helium sein. Helium ist ein Atom mit zwei Elektronen in der Hülle. Das heißt, es kann auch zwei Elektronen verlieren, also zweimal ionisiert werden. Wie oft und wie stark Helium ionisiert wird, hängt von der Temperatur ab. Und dort wo das Helium ionisiert ist, schwirren viele Elektronen herum und erhöhen die Opazität, weil die Strahlung an ihnen gestreut wird.
Jetzt passiert irgendwas; irgendeine kleine Störung von außen, die den Stern ein wenig komprimiert. Dadurch wird die Helium-Schicht näher an das Zentrum des Sterns geschoben und die Temperatur erhöht sich. Die erhöhte Temperatur erhöht die Opazität. Die Strahlung aus dem Inneren des Sterns kann nun schlechter nach außen dringen als vorher und “staut” sich unter der Helium-Schicht an. Dieser große Strahlungsdruck wirkt nun der Kompression entgegen und drückt die Helium-Schicht wieder nach außen. Die Temperatur sinkt, die Opazität sinkt und die Strahlung kann nach außen entweichen. Dadurch fällt der Strahlungsdruck weg, die Schicht sinkt wieder nach unten und der ganze Zyklus beginnt von vorne.
Dieser Kappa-Mechanismus funktioniert auch mit anderen Elementen außer Helium; es kommt immer auf die Art des Sterns an. Und ob ein Stern überhaupt eine Schicht mit temperaturabhängiger Opazität hat, hängt von seiner Lage im Hertzsprung-Russell-Diagramm (HRD) ab. Das habe ich hier ganz ausführlich erklärt. Es sieht so aus:
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