Wie groß müssen Sterne sein, um zu einem schwarzen Loch zu werden?

Das Schicksal der Giganten: Wie Sterne zu Schwarzen Löchern werden

Sterne, diese Leuchtfeuer des Universums, beenden ihr Leben auf vielfältige Weise. Während kleinere Sterne wie unsere Sonne friedlich als Weiße Zwerge enden, erwartet massereichere Himmelskörper ein dramatischeres Schicksal: der Kollaps zu einem Schwarzen Loch. Aber wie viel Masse braucht ein Stern, um dieses kosmische Schicksal zu erleiden? Die Antwort ist komplexer, als man zunächst vermuten könnte und hängt von verschiedenen Faktoren ab, die weit über die reine Masse hinausgehen.

Der oft zitierte Wert von etwa dem Doppelten der Sonnenmasse als Grenze für die Schwarzen-Loch-Bildung ist eine grobe Vereinfachung. Die entscheidende Größe ist nicht die Anfangsmasse des Sterns, sondern seine Restmasse nach dem Ende der Kernfusion. Während der Hauptsequenzphase, in der der Stern Wasserstoff zu Helium fusioniert, verliert er kontinuierlich Masse durch den Sternenwind – ein Ausfluss von Materie ins umgebende All. Dieser Massenverlust ist besonders stark bei massereichen Sternen, die zudem deutlich schneller ihre Kernbrennstoffe verbrauchen.

Die Kernfusion erzeugt einen nach innen gerichteten Strahlungsdruck, der der immensen Gravitationskraft entgegenwirkt, die den Stern zum Kollabieren zwingt. Sobald der Brennstoff im Kern erschöpft ist, kann dieser Druck die Gravitation nicht mehr ausgleichen. Der Kern stürzt unter seiner eigenen Schwerkraft in sich zusammen. Die genaue Entwicklung hängt nun von der Masse des verbliebenen Kerns ab. Bei Sternen mit einer ausreichend geringen Restmasse bildet sich ein Weißer Zwerg, gestützt durch den sogenannten Entartungsdruck der Elektronen.

Doch wenn die Restmasse einen kritischen Wert überschreitet – der sogenannte Chandrasekhar-Limes, der bei etwa 1,4 Sonnenmassen liegt – reicht der Elektronendegenerationsdruck nicht mehr aus, um dem Kollaps entgegenzuwirken. Der Kern kollabiert weiter, bis er schließlich – je nach Masse und Rotationsgeschwindigkeit – entweder ein Neutronenstern oder, bei noch größeren Massen, ein Schwarzes Loch wird. Die genaue Grenze zwischen Neutronenstern und Schwarzem Loch ist weiterhin Gegenstand intensiver Forschung und hängt von noch nicht vollständig verstandenen physikalischen Prozessen ab, wie etwa der Rolle der Neutrinoemission während des Kollapses.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Es gibt keine feste Masse, ab der ein Stern garantiert zu einem Schwarzen Loch wird. Die Entwicklung hängt entscheidend von der komplexen Interaktion zwischen Massenverlust durch Sternenwind, der Kernfusion, der Zusammensetzung des Sterns und den physikalischen Prozessen während des Kollapses ab. Während die Doppelte Sonnenmasse als grobe Orientierungshilfe dienen kann, sollte man bedenken, dass die genaue Grenze ein breiteres Spektrum umfasst und von Stern zu Stern variieren kann. Die Forschung an diesem faszinierenden Phänomen der stellaren Entwicklung ist weiterhin im Gange und liefert uns immer tiefere Einblicke in die dramatischen letzten Momente der Leben massereicher Sterne.