Post-Hauptreihen-Entwicklung

Wenn ein Stern den Wasserstoff in seinem Kern verbraucht hat, verlässt er die Hauptreihe und durchläuft eine rasche Abfolge struktureller Veränderungen, schwillt zu einem Riesen an und zündet schwerere Brennstoffe in einer Abfolge, die hauptsächlich durch seine Masse bestimmt wird.

Definition

Die Post-Hauptreihen-Entwicklung ist die Abfolge struktureller und nuklearer Brennphasen, die ein Stern durchläuft, nachdem er den Wasserstoff in seinem Kern verbraucht hat, und die von den Riesenästen zu seinem terminalen Überrest führt.

Scope

Das Thema umfasst die Phasen des Unterriesen- und Roten-Riesen-Asts, die auf die Erschöpfung des Kernwasserstoffs folgen, das Schalenbrennen und die Kernkontraktion, den Helium-Flash bei massearmen Sternen und den Horizontalast, den thermisch pulsierenden Asymptotischen Riesenast mit seinem starken Massenverlust sowie die divergente fortgeschrittene Entwicklung und das endgültige Schicksal von massearmen, mittelschweren und massereichen Sternen.

Core questions

• Was geschieht mit einem Stern, wenn sein Kernwasserstoff aufgebraucht ist?
• Warum dehnt sich ein Stern nach der Hauptreihe zu einem Riesen aus?
• Wie zünden Helium und schwerere Elemente, wenn ein Stern altert?
• Wie bestimmt die Masse eines Sterns seinen Post-Hauptreihen-Pfad und Endzustand?

Key concepts

• Roter-Riesen-Ast
• Schalenbrennen
• Helium-Flash
• Horizontalast
• Asymptotischer Riesenast
• Sternmassenverlust
• planetarischer Nebel

Key theories

Schalenbrennen und die Riesenäste

Nach der Erschöpfung des Kernwasserstoffs kontrahiert und heizt sich der inerte Heliumkern auf, während das Wasserstoffbrennen in einer umgebenden Schale fortgesetzt wird; die Hülle dehnt sich aus und kühlt ab, wodurch der Stern den Roten-Riesen-Ast hinaufsteigt, und später treiben Heliumschalen- und Wasserstoffschalenbrennen den Asymptotischen Riesenast an.

Massenabhängiges Schicksal von Sternen

Massearme Sterne zünden Helium in einem degenerierten Flash und enden als Weiße Zwerge nach dem Asymptotischen Riesenast und der Ejektion eines planetarischen Nebels, während massereiche Sterne sukzessive schwerere Brennstoffe bis zum Eisen verbrennen und in einem Kernkollaps enden, sodass die Anfangsmasse die gesamte späte Entwicklung bestimmt.

Mechanisms

Wenn der Kernwasserstoff erschöpft ist, kontrahiert und heizt sich der Kern auf, während sich eine wasserstoffbrennende Schale um ihn herum bildet; die daraus resultierende Energie und strukturelle Neuanpassung blähen die Hülle zu einem kühlen, leuchtenden Riesen auf. Eine fortgesetzte Kernkontraktion zündet schließlich Helium und, bei massereichen Sternen, schwerere Elemente, während starke Sternwinde an den Riesenästen die Hülle abstreifen und die Voraussetzungen für den endgültigen Überrest schaffen.

Clinical relevance

Post-Hauptreihen-Sterne dominieren das Licht alter Sternpopulationen, treiben die chemische Anreicherung von Galaxien durch Massenverlust und Supernovae voran, erzeugen planetarische Nebel und die pulsierenden Standardkerzen-Variablen am Horizontalast und darüber hinaus und bestimmen, welche Sterne Weiße Zwerge, Neutronensterne oder Schwarze Löcher hinterlassen.

History

Numerische Modelle von Schwarzschild, Hoyle und anderen aus der Mitte des 20. Jahrhunderts zeichneten den Weg von der Hauptreihe ab, und die detaillierten Phasen der Entwicklung des Riesenasts, des Horizontalasts und des Asymptotischen Riesenasts wurden durch die einflussreichen Berechnungen von Iben und Mitarbeitern ab den 1960er Jahren kartiert.

Key figures

• Martin Schwarzschild
• Icko Iben
• Allan Sandage
• Fred Hoyle

Seminal works

• kippenhahn2012
• iben1991

Frequently asked questions

Warum wird ein Stern zu einem Roten Riesen?

Wenn der Kern keinen Wasserstoff mehr hat, kontrahiert und heizt er sich auf, wodurch das Brennen in einer Schale um ihn herum intensiviert wird; die zusätzliche Energie und die Anpassung des Sterns führen dazu, dass sich die äußere Hülle enorm ausdehnt und abkühlt, sodass der Stern groß, leuchtend und rot wird.

Wird die Sonne als Supernova explodieren?

Nein, die Sonne ist zu massearm; sie wird sich zu einem Roten Riesen ausdehnen, ihre äußeren Schichten als planetarischer Nebel abstoßen und einen Weißen Zwerg hinterlassen, während nur Sterne mit weit über etwa acht Sonnenmassen ihr Leben in Kernkollaps-Supernovae beenden.