Der prästellare Kern Barnard 68 (Bild: ESO)
Jetzt hat man einen sogenannten prästellaren Kern und seit dem Beginn der Sternentstehung sind etwa 10.000 Jahre vergangen. Der Kern ist noch weit davon entfernt ein echter Stern zu sein, sondern im Wesentlichen nur eine große, heiße Wolke. In unserem Sonnensystem würde ein typischer prästellarer Kern bis weit über die Bahn des Saturns hinaus reichen. Der Kern heizt sich weiter auf. Der Wasserstoff in der Wolke hat bis jetzt meistens in molekularer Form existiert, also als Verbindung zweier Wasserstoffatome. Irgendwann ist die Temperatur aber so hoch, dass sich das Wasserstoffmolekül in zwei einzelne Atome aufspaltet. Dabei wird Energie verbraucht und die steht nicht mehr zur Verfügung, um die nötige thermische Bewegung der Atome aufrechtzuerhalten, die genraucht wird, um den Kern stabil zu halten. Die Wolke beginnt erneut zu kollabieren. Die Temperaturen steigen weiter an bis sie irgendwann hoch genug sind, damit die Bewegung der nun einzelnen Atome ausreicht, um den Kollaps erneut zu stoppen. Jetzt ist der prästellare Kern zu einem Protostern geworden. Der ist jetzt schon deutlich kleiner. Unsere Sonne hatte in dieser Phase ungefähr den 1,5fachen Radius, den sie heute hat. Der Protostern hat eine Temperatur von etwa 1000 Grad – aber es wird wärmer. Von weiter außen fällt aus der ursprünglichen Wolke weiterhin Material auf den Stern und diese Akkretion sorgt einerseits für einen Zuwachs an Masse und andererseits durch die Umwandlung von Bewegungsenergie für einen Temperaturanstieg.
Das Material von außen fällt aber nicht nur auf den Stern; ein Teil sammelt sich auch in einer Scheibe um den Protostern und aus dieser Scheibe können Planeten entstehen. Wir haben nun also einen Protostern, der schon leuchtet und Energie freisetzt (wenn auch nicht durch Kernfusion) und Material, aus dem Planeten entstehen können. Das sind jetzt die Pre-Main-Sequence Sterne, von denen in der Arbeit von Ramirez und Kaltenegger die Rede ist. Die PMS-Sterne leuchten erstaunlich stark, denn der Energiegewinn durch die Akkretion ist groß. Während die Akkretion langsam abnimmt, wird die Leuchtkraft schwächer, weil dem PMS-Stern jetzt nur mehr die Bewegungsnergie zur Verfügung steht, die bei seinem eigenen Kollaps umgewandelt wird. Erst wenn sich genug Masse angesammelt hat und der PMS-Stern durch den Massenzuwachs stark genug kollabiert ist, wird sein Inneres endlich heiß genug, damit die Kernfusion einsetzen kann. Jetzt ist der PMS-Stern ein Stern geworden und auf der Hauptreihe angekommen.
Wie lange die PMS-Phase dauert, hängt von der Masse ab. Kleine Sterne, wie zum Beispiel rote Zwerge (die die Mehrheit der Sterne im Universum ausmachen), brauchen sehr lange und können bis zu 2,5 Milliarden Jahre abseits der Hauptreihe verbringen. Sterne mit großer Masse dagegen kollabieren schneller und hier ist die PMS-Phase mit ein paar Millionen Jahren (oder noch weniger) viel kürzer. Wie das für sonnenähnliche Sterne und rote Zwerge aussehen kann, zeigt dieses Diagramm aus der Arbeit von Ramirez und Kaltenegger:
F-Sterne sind ein wenig massereicher als die Sonne; K-Sterne ein wenig masseärmer und die M-Sterne sind die schon angesprochenen roten Zwerge. Auf der (logarithmischen) x-Achse sieht man das Alter der Sterne in Milliarden Jahren; auf der (auch logarithmischen) y-Achse die Leuchtkraft. Der Zeitpunkt, an dem die Sterne die Hauptreihe erreichen und “echte” Sterne werden, ist mit einem roten Punkt gekennzeichnet. Man sieht hier sehr gut, dass zum Beispiel bei den M-Sternen auch vor diesem Zeitpunkt ein langer Zeitraum liegt, in dem die Leuchtkraft stärker ist als in der Hauptreihenphase.
Ramirez und Kaltenegger haben nun mit verschiedenen Modellen der Sternentwicklung genau berechnet, wie die Leuchtkraft der PMS-Sterne sich im Laufe der Zeit verändert hat und wo und vor allem wie lange schon vor Erreichen der Hauptreihe die Bedingungen für lebensfreundliche Planeten geherrscht haben können. Wegen der höheren Leuchtkräfte ist die PMS-Habitable-Zone weiter vom Stern entfernt als später in der Hauptreihenphase. Hier sind ein paar ihrer Ergebnisse:
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