Rote Riesen

Geschrieben am 01.11.2006 von Conni Kreißl

Ein Roter Riese ist wie das letzte Aufbäumen eines sterbenden Sterns, denn wenn ein Stern seinen Wasserstoffvorrat aufgebraucht hat, bläht er sich auf und wird so zu einem Roten Riesen, der tausendfach heller als ein normaler Stern leuchtet. Womit er im Grunde nur ein sehr aufgedunsener Stern mit niedriger Temperatur ist.
Ein solcher Stern hat eine geringere Oberflächentemperatur als unsere Sonne, aber dadurch das er sich so aufbläht, einen größeren Durchmesser. Denn obwohl sich sein Kern, welcher im wesentlichen aus Helium besteht, unaufhörlich zusammenzieht und aufheizt, dehnen sich seine äußeren Schichten ständig weiter aus. Demzufolge wird die Sternenhülle durch den gewaltigen entstehenden Strahlungsdruck beständig nach außen getrieben und der einstige Stern und nunmehr Rote Riese vergrößert seinen Durchmesser bis auf das Einhundertfache seiner Ausgangsgröße. Das ist so weil das sogenannte Wasserstoffbrennen in die äußeren Schichten weiterwandert, wenn aller Wasserstoff im Kern eines Sterns verbrannt ist. Dies passiert hingegen erst wenn der Kern eine Temperatur von annähernd 100 Millionen Grad erreicht, da bei dieser Temperatur das sogenannte Heliumbrennen explosionsartig zündet. Wodurch das Helium, welches zuvor nur der Ascherückstand des Brennvorgangs war, selber zum Brennstoff wird und dafür sorgt das die schwereren Elemente fusionieren können. Denn dadurch bildet sich aus Helium Kohlenstoff und Sauerstoff, das sich infolge der Gravitation zusammenzieht. Da die Temperatur weiter ansteigt, fusioniert bzw. verschmilzt das Helium in einer weiter außen liegenden Schicht. Wobei diese Schicht wiederum von der noch weiter außen liegenden Wasserstoffschicht gespeist wird, wodurch ständig Kernfusionen in den verschiedenen Schichten zündenden und wieder verlöschenden und der Rote Riese sich permanent aufbläht und wieder zusammen zieht. Folglich wird derart viel Energie durch die ständigen Heliumblitze erzeugt, dass die Leuchtkraft extrem stark ansteigt und der Stern immense Ausmaße annimmt.
Hierdurch erscheint seine Farbe rot, während seine Oberfläche langsam kühler wird und bald nur noch zwischen 1800 und 3800° Celsius warm ist. Die Oberflächentemperatur ist folglich an sich geringer als zuvor, der Rote Riese selber allerdings erstaunlicherweise durch seine erhöhte Energieproduktion wesentlich heller.
Seine rötliche Farbe kommt demnach nicht nur von der Schwarzkörperstrahlung im roten Farbbereich, wie sie diesen Sternen entsprechend ihrer Spektralklasse M, R, S sowie N zugrunde liegt, sondern sie bildet sich auch durch den hohen Anteil an Kohlenstoff und die Abkühlung.
Im Kern des Roten Riesen, der sich allmählich zusammenzieht finden dagegen ganz andere Vorgänge statt. Dort verschmelzen die Helium-Kerne mit Helium- oder Wasserstoff-Kernen, wenn der Wasserstoffvorrat in der Brennzone des Sterns annähernd aufgebraucht ist und werden somit immer schwerer. Wodurch die Kernfusion, wenn sie denn beim Element Eisen ist, aufhört bzw. endet, weil für das Verschmelzen zweier Eisen-Kerne mehr Energie benötigt wird als freigesetzt werden kann. Was man übrigens Nukleosynthese nennt.
Irgendwann werden erfahrungsgemäß die meisten Hauptreihensterne am Ende ihres Lebens bzw. ihrer Entwicklung zu einem solchen Roten Riesen, dessen Kontraktion im Kern sowie die schnelle Ausdehnung außen scheinbar durch die Gravitation und die damit verbundene Temperaturerhöhung bedingt ist. Infolge dieser gewaltigen Ausdehnung haben die äußeren Gasschichten zumeist eine sehr geringe Dichte und sind dadurch nur noch sehr schwach an die Gravitation dieses Riesen gebunden. Weswegen sich in seinem Entwicklungsverlauf ein starker Sternenwind entwickelt durch den die äußeren Gasschichten allmählich vollständig abgestoßen werden und ihn dann noch für einige Zeit als planetarischen Nebel umgeben. Ist dann schlussendlich der Zeitpunkt gekommen wo jegliche Kernreaktionen beendet sind, geht der Roter Riese, abhängig von seiner Masse, in einen Weißen Zwerg, einen Neutronenstern oder in ein Schwarzes Loch über.
Neben diesen Roten Riesen gibt es aber noch den Roten Überriesen, der mit seinen mehr als acht bis zehn Sonnenmassen eine größere Version eines Roten Riesen ist und dessen Energieerzeugung nicht mit dem Brennen von Helium oder Kohlenstoff endet. Er besteht aus mehreren Schichten, wobei seine äußerste Hülle völlig inaktiv ist und aus rotglühendem Wasserstoff und Helium besteht. Der schließt sich eine Schicht an in der Wasserstoff zu Helium fusioniert, der folgt eine in der Helium zu Kohlenstoff verbrannt wird und zum Schluss kommt schließlich der Kern in dem Eisen entsteht. Ein Überriese strahlt nur für kurze Zeit bzw. nur ein paar hunderttausend bis Millionen Jahre extrem hell. Dabei verbrennt in seinem Kern in nur ein paar Tagen bis Wochen Schwefel und Silizium zu Eisen, wonach sich aus dem Eisen keine Energie mehr herausholen lässt. Dadurch kühlt der Kern ab und zerreist den Stern in einer Supernova vom Typ II, die nur einen winzigen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch hinterlässt.
Diese Roten Überriesen gelten daher als sehr instabil, Außerdem pulsieren sie und auf ihnen toben oftmals starke Sternenwinde die ihre Hülle schneller davontragen.
Ein schönes Beispiel für so einen Stern ist der Beteigeuze, der sich von uns aus gesehen links vom Orion beim Alpha Orionis befindet und in einem beeindruckenden Rot am Himmel leuchtet. Beteigeuze gehört zur Spektralklasse M2, hat die 55.000-fache Leuchtkraft, die 20-fache Masse und den 662-fachen Durchmesser unserer Sonne. Er pulsiert ausgesprochen unregelmäßig mit einer Periode von 2070 Tagen und ist mit seiner Entfernung von rund 427 Lichtjahren der uns am nächsten liegende Supernova-Kandidat.