Wie lange dauert es, bis ein Stern kollabiert?

Der Kollaps eines Sterns: Ein Rennen gegen die Schwerkraft

Der Tod eines Sterns ist ein Schauspiel von kosmischem Ausmaß, dessen Dauer stark von der Masse des Sterns abhängt. Während die romantische Vorstellung eines langsamen Verglühens für kleinere Sterne zutrifft, endet das Leben massereicher Sterne in einem dramatischen Kollaps, der innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde abläuft. Doch was genau passiert in diesen finalen Momenten?

Die Antwort liegt im komplizierten Zusammenspiel zwischen zwei gegensätzlichen Kräften: dem nach außen gerichteten Strahlungsdruck und der nach innen ziehenden Schwerkraft. Solange ein Stern genügend Brennstoff (vorwiegend Wasserstoff) besitzt, findet im Kern Kernfusion statt. Diese exotherme Reaktion erzeugt enorme Energie, die in Form von Strahlung nach außen drückt und den Stern gegen den Kollaps unter seiner eigenen Gravitation stabilisiert. Ein Gleichgewicht zwischen diesen Kräften herrscht über Millionen oder sogar Milliarden von Jahren.

Dieses Gleichgewicht bricht jedoch zusammen, sobald der Kernbrennstoff erschöpft ist. Für Sterne mit einer Masse, die etwa der achtfachen Sonnenmasse entspricht oder größer ist, endet die Fusion von Wasserstoff und Helium nicht sanft. Stattdessen folgt eine Kaskade von Fusionsprozessen, bei denen immer schwerere Elemente bis hin zum Eisen gebildet werden. Eisen stellt einen Wendepunkt dar: Seine Fusion ist endotherm, das heißt, sie verbraucht Energie statt sie zu produzieren.

Der Strahlungsdruck, der den Stern bisher aufgeblasen hielt, sinkt rapide. Die Schwerkraft, die zuvor vom Strahlungsdruck im Zaum gehalten wurde, gewinnt nun die Oberhand. Der Kollaps beginnt. Und hier wird es entscheidend: Die Dauer dieses Kollapses ist im Wesentlichen Bruchteile einer Sekunde.

Es handelt sich nicht um einen graduellen Prozess, sondern um einen katastrophischen Kollaps. Der Kern stürzt in sich zusammen, wobei die Materie enorm komprimiert wird. Die Geschwindigkeit dieser Implosion ist atemberaubend. Innerhalb weniger Sekundenbruchteile kann der Kern auf eine Größe schrumpfen, die nur wenige Kilometer im Durchmesser beträgt.

Das Ergebnis dieses Kollapses hängt von der Masse des ursprünglichen Sterns ab. Bei Sternen mittlerer Masse entsteht ein Neutronenstern – ein extrem dichter Körper, dessen Materie aus dicht gepackten Neutronen besteht. Bei noch massereicheren Sternen führt der Kollaps zur Bildung eines Schwarzen Lochs – einer Region der Raumzeit mit so starker Gravitation, dass nicht einmal Licht entkommen kann.

Die Dauer des eigentlichen Kollapses selbst ist also verschwindend gering. Die dramatischen Folgen – die Entstehung eines Neutronensterns oder eines Schwarzen Lochs – sind jedoch das Ergebnis eines Prozesses, der sich über Millionen oder Milliarden von Jahren hinweg entwickelt hat, beginnend mit der Erschöpfung des Kernbrennstoffs und dem damit verbundenen Verlust des Strahlungsdrucks. Der finale Kollaps ist nur der letzte, spektakuläre Akt in einem langen stellaren Leben.