Das Universum gibt einige Geheimnisse preis

AM FRÜHEN Morgen des 4. Juli 1054 beobachtete Yang Wei Te den Nachthimmel. Als kaiserlicher Hofastronom Chinas verfolgte er akribisch die Bewegung der Sterne, als plötzlich ein helles Licht in der Nähe des Orionsternbildes seine Aufmerksamkeit erregte.

Ein „Gaststern“ — so nannten die Chinesen damals solch eine seltene Erscheinung — war aufgetaucht. Nachdem Yang den Kaiser pflichtgemäß informiert hatte, beobachtete er, daß der „Gaststern“ so hell geworden war, daß er sogar die Venus überstrahlte, ja er konnte mehrere Wochen lang bei hellem Tageslicht gesehen werden.

Neunhundert Jahre mußten vergehen, bis dieses Ereignis zufriedenstellend erklärt werden konnte. Heute ist man der Ansicht, daß der chinesische Astronom Zeuge eines Supernova-Ausbruchs war — des dramatischen Todeskampfes eines großen Sterns. Das Wie und Warum eines solchen Phänomens gehört zu den Geheimnissen, die die Astronomie zu enträtseln versucht. Die folgenden Erklärungen sind von den Astronomen in mühsamer Kleinarbeit erarbeitet worden.

Obgleich Sterne wie unsere Sonne ein unvorstellbar langes und stabiles Leben haben, sorgen doch ihre Geburt und ihr Tod für spektakuläre Himmelserscheinungen. Man ist der Ansicht, daß die Lebensgeschichte eines Sterns im Innern eines Nebels beginnt.

Nebel. Das ist die Bezeichnung für eine interstellare Gas- und Staubwolke. Solche Nebel zählen zu den schönsten Objekten am Nachthimmel. Der Nebel auf der Titelseite hat den Namen Trifidnebel (oder Nebel mit drei Spalten) erhalten. Im Innern dieses Nebels werden neue Sterne geboren, weshalb er rötlich leuchtet.

Offensichtlich entstehen in einem Nebel Sterne, wenn sich die verstreute Materie unter dem Einfluß der Gravitation zu gasreichen Regionen verdichtet, die sich weiter zusammenziehen. Diese riesigen Gasbälle stabilisieren sich, sobald sie die Temperatur erreichen, bei der im Innern die Kernreaktion einsetzt, die ein weiteres Zusammenziehen verhindert. So wird ein Stern geboren, oftmals gemeinsam mit weiteren Sternen, die dann einen Sternhaufen bilden.

Sternhaufen. Auf dem einen Bild auf Seite 8 ist ein kleiner Sternhaufen namens Schatzkästchen zu sehen, der erst vor ein paar Millionen Jahren entstanden sein soll. Der Name geht auf die anschauliche Beschreibung des im 19. Jahrhundert lebenden Astronomen John Herschel zurück, der von einer „Schatulle mit verschiedenfarbigen Edelsteinen“ sprach. Allein in unserer Galaxie soll es über tausend ähnliche Sternhaufen geben.

Die Energie der Sterne. Ein werdender Stern stabilisiert sich, wenn in seinem Innern ein nukleares Feuer gezündet wird. Nun beginnt die Umwandlung von Wasserstoff zu Helium mittels eines Fusionsprozesses ähnlich dem in einer Wasserstoffbombe. Die Masse eines typischen Sterns wie der Sonne ist so groß, daß die Vorräte an nuklearem Brennstoff für Milliarden von Jahren reichen.

Doch was passiert, wenn solch ein Stern schließlich seinen Wasserstoffvorrat aufgebraucht hat? Je kleiner die Wasserstoffreserven im Innern werden, desto mehr zieht sich der Kern zusammen und desto höher steigt die Temperatur. Gleichzeitig dehnen sich die äußeren Hüllen gewaltig aus, so daß der Radius des Sterns auf das 50fache oder mehr anwächst: Der Stern wird zu einem Roten Riesen.

Rote Riesen. Ein Roter Riese ist ein Stern mit verhältnismäßig niedriger Oberflächentemperatur; er erscheint daher eher rot als weiß oder gelb. Diese Phase im Leben eines Sterns ist relativ kurz, und wenn der größte Teil des Heliumvorrats aufgebraucht ist, endet sie mit einem gewaltigen Feuerwerk. Der Stern, der immer noch Helium verbrennt, stößt seine äußeren Schichten aus, die dann einen planetarischen Nebel bilden, dem von seinem Mutterstern weiter Energie zugeführt wird und der demzufolge leuchtet. Schließlich fällt der Stern in sich zusammen, um zum Schluß zu einem schwach leuchtenden Weißen Zwerg zu werden.

Wenn jedoch der ursprüngliche Stern massereich genug war, endet er selbst in einer Explosion; es entsteht eine Supernova.

Supernovä. Mit einem Supernova-Ausbruch endet das Dasein eines Sterns, der ursprünglich viel massereicher war als die Sonne. Riesige Mengen von Staub und Gas werden von Stoßwellen mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 000 Kilometern in der Sekunde in den Raum gespien. Das intensive Licht des Ausbruchs ist heller als das von einer Milliarde Sonnen und erscheint wie ein funkelnder Diamant am Himmel. Die bei einer einzigen Supernova freiwerdende Energie entspricht der Gesamtenergie, die unsere Sonne in neun Milliarden Jahren abstrahlen würde.

Heute, neunhundert Jahre nachdem Yang seine Supernova beobachtete, kann man immer noch die verstreuten Überreste jener Explosion in einer Formation wiederfinden, die Krebsnebel genannt wird. Doch dieser Nebel ist nicht das einzige Überbleibsel. In seinem Zentrum entdeckte man ein kleines rotierendes Objekt, das sich 33mal in der Sekunde dreht — einen Pulsar.

Pulsare oder Neutronensterne. Unter einem Pulsar versteht man einen hochdichten, rotierenden Materiekern, der nach dem Supernova-Ausbruch eines Sterns übrigbleibt, welcher nicht mehr als drei Sonnenmassen hatte. Da ein Pulsar einen Durchmesser von weniger als 30 Kilometern hat, kann er mit optischen Teleskopen kaum entdeckt werden. Aber er läßt sich durch Radioteleskope aufspüren, mit denen die Radiosignale registriert werden können, die durch seine schnelle Rotation entstehen. Ein Radiowellenkegel rotiert mit dem Stern so wie der Lichtkegel eines Leuchtturms, was auf den Beobachter wie ein Pulsieren wirkt. Daher der Name Pulsar. Pulsare werden auch Neutronensterne genannt, weil sie hauptsächlich aus dichtgepackten Neutronen bestehen. Das ist der Grund für ihre unvorstellbare Dichte, die über hundert Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter beträgt.

Doch was geschieht, wenn ein Stern mit noch größerer Masse zu einer Supernova wird? Nach den Berechnungen der Astronomen könnte der Kern noch weiter zusammenstürzen als bei einem Neutronenstern. Theoretisch wäre die Gravitationskraft, die den Kern zusammendrückt, so groß, daß ein sogenanntes Schwarzes Loch entstünde.

Schwarze Löcher. Diese sollen so etwas wie gigantische kosmische Strudel sein, denen nichts entkommen kann. Der Gravitationssog ist so stark, daß sowohl Licht als auch Materie unerbittlich eingesaugt werden, wenn sie ihnen zu nahe kommen.

Kein Schwarzes Loch ist bisher je direkt beobachtet worden — was per Definition auch unmöglich ist —, doch man hofft, ihre Existenz durch den Einfluß nachweisen zu können, den sie auf Nachbarobjekte ausüben. Möglicherweise kann dieses besondere Geheimnis erst durch neue Beobachtungstechniken entschlüsselt werden.

Geheimnisse der Galaxien

Eine Galaxie ist eine kosmische Struktur, bestehend aus Milliarden von Sternen. 1920 stellte man fest, daß die Sonne nicht wie zuvor angenommen das Zentrum unserer Galaxie ist. Bald darauf wurden mit Hilfe stärkerer Teleskope eine Unmenge anderer Galaxien entdeckt, und man fing an zu begreifen, wie unermeßlich groß das Universum ist.

Der Nebelschleier, den wir Milchstraße nennen, ist in Wirklichkeit ein Ausschnitt unserer eigenen Galaxie. Könnten wir sie von außerhalb betrachten, so würde sie uns wie ein gigantisches Feuerrad erscheinen. Ihre Form ist mit zwei Spiegeleiern verglichen worden, die Unterseite gegen Unterseite liegen — allerdings in einem etwas größeren Maßstab! Für eine Reise quer durch unsere Milchstraße brauchten wir selbst mit Lichtgeschwindigkeit noch 100 000 Jahre. Die Sonne, die sich eher am Rand unserer Galaxie befindet, benötigt 200 Millionen Jahre für eine komplette Umkreisung des Zentrums der Galaxie.

Galaxien bergen wie die Sterne immer noch viele Geheimnisse, die die Wissenschaftsgemeinde faszinieren.

Quasare. In den 1960er Jahren wurden starke Radiosignale von Objekten aufgefangen, die weit, weit außerhalb unserer lokalen Galaxiengruppe liegen. Man nannte diese Objekte wegen ihrer Ähnlichkeit mit Sternen Quasare (kurz für „quasistellare Radioquellen“). Doch die Astronomen waren verblüfft über die erstaunliche Energiemenge, die von den Quasaren abgestrahlt wird. Die helleren sind mehrere zehntausendmal heller als die Milchstraße, und die entferntesten bisher entdeckten sind über zehn Milliarden Lichtjahre entfernt.

Nach zwei Jahrzehnten intensiver Forschung sind die Astronomen zu dem Schluß gekommen, daß diese entfernten Quasare die hochaktiven Kerne weit entfernter Galaxien sind. Doch was geht im Kern dieser Galaxien vor sich, daß eine so gewaltige Energie hervorgebracht wird? Einige Wissenschaftler sind der Meinung, die Energie werde eher durch Gravitationsprozesse freigesetzt als durch Kernfusion, wie das in den Sternen der Fall ist. Jüngste Theorien bringen die Quasare mit gigantischen Schwarzen Löchern in Verbindung. Allerdings ist man sich da noch keineswegs sicher.

Die Natur der Quasare und die der Schwarzen Löcher sind nur zwei der Rätsel, die noch darauf warten, gelöst zu werden. Ja, einige der Geheimnisse des Universums werden wir möglicherweise nie begreifen. Doch diejenigen, die bislang ergründet wurden, können uns einige wichtige Wahrheiten lehren, Wahrheiten, die weit über das Gebiet der Astronomie hinausreichen.

[Bild auf Seite 7]

Spiralgalaxie M83

[Bildnachweis]

Foto: D. F. Malin; mit frdl. Gen.: Anglo-Australian Telescope Board

[Bilder auf Seite 8]

Das Schatzkästchen

Offener Sternhaufen, die Plejaden im Taurus, M45

[Bildnachweis]

Foto: D. F. Malin; mit frdl. Gen.: Anglo-Australian Telescope Board

[Bilder auf Seite 8]

Der Orionnebel, kleines Bild zeigt den Pferdekopfnebel

[Bildnachweis]

Foto: D. F. Malin; mit frdl. Gen.: Anglo-Australian Telescope Board