Protosterne

Nachdem eine Molekülwolke nach ihrem Gravitationskollaps einen prästellaren Kern gebildet hat, bildet sich der Vorläufer eines Sterns: Ein protostellares Objekt oder Protostern.

Künstlerische Darstellung einer protoplanetaren Scheibe um einen jungen Stern | Foto: NASA/JPL-Caltech
Künstlerische Darstellung einer protoplanetaren Scheibe um einen jungen Stern | Foto: NASA/JPL-Caltech

Der prästellare Kern hat damit begonnen, das umliegende Gas gravitativ anzuziehen und mit sich rotieren zu lassen. Dieser Vorgang wird Akkretion genannt und bewirkt, dass der Kern an Masse zunimmt und zum Leuchten gebracht wird.

Einen prästellaren Kern in diesem Stadium bezeichnet man als Protostern.

Nach wie vor wird die abgestrahlte Energie des Kerns von seinen dichten Gashüllen absorbiert. Die Strahlung erhitzt diese Hüllen, sodass sie als Infrarotstrahlung sichtbar werden. Der eigentliche Kern hingegen wird weiterhin durch das umliegende Gas verdeckt und bleibt vorerst unsichtbar.

Erst wenn die Hülle aufgrund des Herabsturzes des Gases eine geringere optische Dicke aufweist, kann die Strahlung des Kerns die äußeren Hüllen durchdringen und das Zentralgestirn wird sichtbar.

Entstehung der zirkumstellaren Scheibe

Trotz der Tatsache, dass die Molekülwolke fragmentierte, ging ihr Drehimpuls nicht vollständig verloren, womit nach wie vor eine Rotationsachse vorhanden ist.

Während die Teilchen, die sich parallel zur Rotationsachse befinden, gravitativ bedingt in Richtung des Massezentrums stürzen, wandern die Teilchen senkrecht zur Rotationsachse durch die Zentrifugalkraft nach außen und weiten sich aus.

Die auf die Teilchen wirkende Zentrifugalkraft erzeugt eine zirkumstellaren Scheibe
Die Zentrifugalkraft trägt die Teilchen nach außen. Durch die Rotation bildet sich eine zirkumstellare Scheibe.

Die Materie, die den Protostern umgibt, sammelt sich also wegen des Drehimpulses nicht kugelförmig, sondern als flache Scheibe an – die zirkumstellare Scheibe ist entstanden. Im Zentrum gewinnt währenddessen der Protostern an Masse, die er von dieser Scheibe akkretiert.

Eine zirkumstellare Scheibe kann einen Durchmesser von bis zu 100 Astronomischen Einheiten (AE) umfassen.

Protostellare Jets

Wenn ein Protostern Gas aus seinem Umfeld akkretiert und dabei über Magnetfelder verfügt, verursacht die Rotation in Kombination mit den Magnetfeldern, dass das Gas an den Polen des Protosterns gebündelt wird, sie werden "bipolar kollimiert". Das Ergebnis sind Jets, Gasströme senkrecht zur Scheibenebene, in denen zwischen 10 % und 50 % der akkretierten Materie wieder ausgestoßen werden. Das Ausstoßen des Gases in Form eines Jets erfolgt mit mehreren 100 km/s.

Parallel dazu existieren verhältnismäßig langsame molekulare Ausflüsse, die den kollimierten Jet umgeben.

Ein protostellarer Jet, aufgenommen vom Hubble Space Telescope
Aufnahmen des Hubble Space Telescopes eines protostellaren Jets. Das obere Foto zeigt den austretenden Gasstrom, unten sind die Gasscheibe und der Protostern sichtbar. | Foto: NASA
Materie, die bis jetzt weder vom Protostern aufgenommen noch als Jet ausgestoßen wurde, bildet in manchen Fällen eine protoplanetare Scheibe, aus der später Planeten hervorgehen.

Der Stern gewinnt seine Leuchtkraft von nun an nicht mehr durch Akkretion, sondern überwiegend aus seiner Eigenkontraktion.

Warum der Stern kontrahiert

Bei der Bildung des ersten und zweiten Kerns war von einem "fast" hydrostatischen Gleichgewicht die Rede, weil er seine Energie in Form von Strahlung abgibt und ihm allein seine potenzielle Gravitationsenergie zur Verfügung steht, um diesen Strahlungsverlust zu decken.

Somit befindet sich der Stern scheinbar im hydrostatischen Gleichgewicht, tatsächlich muss er aber schrumpfen, um seine Leuchtkraft mit potenzieller Energie erhalten zu können (Kelvin-Helmholtz-Kontraktion).

Ab nun spricht man von einem jungen stellaren Objekt oder Vorhauptreihenstern.

Weblinks und Einzelnachweise

Volker Ossenkopf-Okada: Isothemer Kollaps
Wilhelm Kley: Sternentwicklung
Matthias Heyssler: Das Leben der Sterne, Teil II

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