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Das Geheimnis des Heliumblitzes: Warum erzeugt er im Kern der Sterne so unglaubliche Energie?
Ein Heliumblitz ist ein atemberaubendes Ereignis im Leben eines Sterns, insbesondere während der intensiven Roter-Riesen-Phase eines massearmen Sterns. Der Heliumblitz soll durch die schnelle Kernfusion großer Mengen Helium im Kern verursacht werden, hauptsächlich durch den Dreifach-Alpha-Prozess.
In etwa einer Milliarde Jahren wird es auf der Sonne voraussichtlich zu einem Heliumblitz kommen. Dies wird das letzte Ereignis auf der Erde sein, nachdem sie die Hauptreihe verlassen hat.
Dieser Prozess tritt hauptsächlich bei Sternen mit Massen zwischen 0,8 Sonnenmassen (M☉) und 2,0 M☉ auf. Bei diesen massearmen Sternen wird der Wasserstoff in ihrem Kern rasch verbraucht, obwohl in den äußeren Wasserstoffschalen weiterhin Kernfusion stattfindet, bildet sich im Kern eine heliumreiche Substanz. Mit der Aufbrauch des Wasserstoffs wird das verbleibende Helium zu entarteter Materie komprimiert, deren Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Gravitationskollaps eher auf den Prinzipien der Quantenmechanik beruht als auf dem traditionellen thermischen Druck.
Wenn die Temperatur des Kerns auf etwa 100 Millionen Grad ansteigt, beginnt der Kernfusionsprozess von Helium. Der Grund, warum dieser Prozess erstaunlich ist, liegt darin, dass der Kern zu diesem Zeitpunkt aus entarteter Materie besteht. Daher führt in einer solchen Materialumgebung der Temperaturanstieg nicht zu einem signifikanten Druckanstieg. Dieses Phänomen führt zu einer raschen Reaktion mit Temperaturanstieg, der bei der Entwicklung eines Sterns äußerst selten und zerstörerisch ist.
Die Rate der Helium-Kernfusion steigt dramatisch an und erreicht schnell das 10-Milliardenfache der ursprünglich freigesetzten Energie; und dies dauert nur wenige Sekunden.
Wenn Energie aus der Kernfusion von Helium freigesetzt wird, ändert sich der entartete Zustand des Kerns, wodurch sich der Kern thermisch ausdehnen kann, wobei die verbleibende Energie von der Überstruktur des Sterns absorbiert wird. Dies bedeutet, dass die augenblickliche Energiefreisetzung des Heliumblitzes zwar erstaunlich ist, der größte Teil davon jedoch nicht beobachtet werden kann. Aus diesem Grund verlassen sich Astronomen in erster Linie auf theoretische Modelle, um dieses Phänomen zu verstehen.
Mit der Zeit wird die Oberfläche des Sterns schnell abkühlen und schrumpfen (mit einer Rate von etwa 100.000 Jahren), wodurch sein Radius und seine Helligkeit schließlich auf etwa 2 % ihres ursprünglichen Wertes abnehmen. Erwähnenswert ist, dass bei diesem Prozess etwa 40 % der Sternmasse in Kohlenstoff umgewandelt werden, was für die zukünftige Entwicklung des Sterns von entscheidender Bedeutung ist.
Nach dem Heliumblitz wird der Stern durch die Pulsationsinstabilität des sekundären Blitzes angetrieben, und dieser Prozess dauert oft Stunden bis Jahre.
Auf den Heliumblitz folgt dann eine Reihe sekundärer Blitze, bei denen es sich normalerweise um relativ schwache Pulsationsinstabilitäten handelt und die nicht unbedingt zerstörerisch sind. Im Vergleich zu Heliumblitzen sind sie von Natur aus friedlicher, spielen jedoch in den Endstadien der Sternentwicklung eine wichtige Rolle.
Darüber hinaus erreicht der entartete Heliumkern einiger Sterne mit extrem geringer Masse möglicherweise nie eine ausreichend hohe Temperatur, um die Heliumfusion einzuleiten, und entwickelt sich schließlich zu einem Helium-Weißen Zwerg. Dies zeigt, dass zwischen der Masse eines Sterns und seinen evolutionären Folgen ein enger Zusammenhang besteht.
Obwohl bei Weißen Zwergen ein ähnlicher Prozess abläuft, kann es bei der Ansammlung von Wasserstoffgas aus einem Doppelsternsystem auf der Oberfläche eines Weißen Zwergs durch die Fusion von Wasserstoffquellen ebenfalls zu einem instabilen Heliumblitz kommen. Allerdings kann das Auftreten dieser Ereignisse selten direkt beobachtet werden, da ihre Dynamik im Allgemeinen tief im Kern verborgen ist.
Der Kernfusionsprozess eines Sterns ist eine lange und unvorhersehbare Reise, bei der es in jeder Phase zu Veränderungen kommt, die das Schicksal des Sterns verändern.
Es lohnt sich, darüber nachzudenken, wie der Heliumblitz eine so heftige Energiefreisetzung im Leben eines Sterns auslöst und wie viele unentdeckte kosmische Geheimnisse sich dahinter verbergen.
