Kohlenstoff aus kosmischer Quelle

Computersimulationen zeigen, dass Doppelsterne eine große Menge dieses lebenswichtigen Elements produzieren

Zu zweit geht manches besser – etwa die Produktion chemischer Elemente. Viele davon entstehen im Innern von Sternen bei Fusionsprozessen. Eine wichtige Rolle spielt dabei der Kohlenstoff, denn auf ihm beruht das Leben und damit letztlich der Mensch. Doch wie effektiv ist die kosmische Quelle dieses so wichtigen Bausteins? Eine Studie unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik zeigt, dass massereiche Sterne doppelt so viel Kohlenstoff produzieren, wenn sie einen Begleitstern haben.

Partner im All: Massereiche Sterne kommen oft in engen Doppelsternsystemen vor, bei denen ein Stern seinem Begleiter Masse entzieht. Neue Untersuchungen haben nun gezeigt, dass diese Systeme etwa doppelt so viel Kohlenstoff produzieren wie einzelne, massereiche Sterne.

Die Forschenden wissen, dass massereiche Sterne bei der Synthese aller schweren Elemente – von Kohlenstoff und Sauerstoff bis hin zu Eisen – essenziell sind. Doch obwohl die meisten dieser stellaren Schwergewichte in Mehrfachsternsystemen geboren werden, haben die bisherigen Modelle fast ausschließlich Einzelsterne betrachtet. Nun hat ein internationales Team unter Leitung von Robert Farmer aus dem Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching den Kohlenstoff-Fußabdruck von massereichen Sternen berechnet, die Partner in einem Doppelsternsystem sind.

„Im Vergleich zu einem einzelnen Stern produziert eine massereiche Sonne in einem solchen System durchschnittlich doppelt so viel Kohlenstoff", sagt Farmer. Bis vor kurzem hätte man nicht berücksichtigt, dass massereiche Sterne oft Teil eines Doppelsternsystems sind. „Wir haben zum ersten Mal untersucht, wie die Anwesenheit eines Begleiters die Menge der von ihnen erzeugten Elemente verändert", so der Wissenschaftler.

Die meisten Sterne, einschließlich unserer Sonne, werden durch die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium angetrieben. Erst wenn sie etwa 90 Prozent ihres Lebens hinter sich haben, beginnen sie in ihren goldenen Jahren mit der Umwandlung von Helium in Kohlenstoff und Sauerstoff. Während Leichtgewichte wie die Sonne über dieses Stadium nicht hinauskommen, verbrennen massereiche Sterne weiterhin Kohlenstoff zu schwereren Elementen bis hin zu Eisen.

Die große Herausforderung besteht jedoch nicht in der Produktion von Kohlenstoff, sondern vielmehr darin, ihn aus dem Stern herauszuholen, bevor er zerstört wird. Bei Einzelsternen ist dies sehr schwierig. Sterne in Doppelsternsystemen jedoch können miteinander wechselwirken und Masse aus ihrer Hülle auf einen Begleiter übertragen. Auf diese Weise entwickelt der Stern, der Teile seiner Masse verliert, nahe seiner Oberfläche eine kohlenstoffreiche Schicht. Kommt es schließlich zu einer Supernova, wird der Kohlenstoff bei der heftigen Explosion ins All ausgestoßen.

Stellarer Fusionsreaktor: In massereichen Sternen verbrennt Wasserstoff zu Helium. Daraus entsteht Kohlenstoff, der dann zu Sauerstoff und noch schwereren Elementen weiterverarbeitet werden kann.

„Es ist vielleicht nicht fair, Doppelsterne für die Treibhausgase verantwortlich zu machen, welche die globale Erwärmung verursachen“, sagt Selma de Mink, Mitautorin dieser Studie und Direktorin der neuen Abteilung für stellare Astrophysik am Max-Planck-Institut. „Aber ist es nicht cool, sich in den Arm zu kneifen und festzustellen, dass der Kohlenstoff in der Haut wahrscheinlich in einem Doppelstern entstanden ist?“

Tatsächlich scheinen den neuesten Computersimulationen der Gruppe zufolge insbesondere Doppelsysteme mit einem massereichen Stern den größten Teil des kosmischen Kohlenstoffs zu produzieren. Weniger effektiv sind offenbar andere Sternarten wie die sehr großen Roten Riesen oder kosmische Ereignisse wie die Explosion von ausgebrannten Sonnen, Weiße Zwerge genannt.

„Unsere Ergebnisse sind ein kleiner, aber wichtiger Schritt zum besseren Verständnis der Rolle massereicher Sterne bei der Erzeugung der Elemente, aus denen wir selbst bestehen“, sagt Max-Planck-Forscher Robert Farmer. Bisher habe man nur eine Art von Wechselwirkung in Doppelsternsystemen untersucht. Es gebe aber viele andere mögliche Lebenswege für einen Stern, der in der Nähe eines Begleiters geboren wird. Man stehe am Anfang einer systematischen Untersuchung der Auswirkungen, die ein naher Begleiter auf die chemische Ausbeute eines massereichen Sterns hat.

HAE / HOR

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