Fixsterne

NASA Goddard Space Flight Center, cmglee / Public domain; verändert

Entstehung eines Neutronensterns

Massereiche Hauptreihensterne mit Massen von mehr als 8 Sonnenmassen können im Riesenstadium nicht mehr genügend Materie abstoßen. Für den Kern ist das stabile Endstadium eines Weißen Zwerges deshalb nicht möglich, da hierfür die Restmasse kleiner als etwa 1,4 Sonnenmassen sein müsste.
Sobald im Kern keine weitere Energiegewinnung durch Fusion möglich ist, nimmt der Strahlungsdruck im Inneren ab und der Kern kollabiert unter der eigenen Gravitation so, dass die Materie auf Atomkerndichte von \(10^{14}\,\rm{\frac{g}{cm^3}}\) zusammengepresst wird.
Ein Neutronenstern mit einem für astronomische Skalen sehr kleinen Radius zwischen \(10\) und \(13\,\rm{km}\) entsteht. Während dieses Prozesses bleibt der Stern äußerlich zunächst unauffällig, da alle Prozesse im Kern ablaufen. Erst nach einigen Tagen kommt es zu einer Supernova.

Supernova - Explosion der Sternenhülle

Die Hülle des Sterns explodiert mit ungeheurer Wucht und großer Energieabgabe und die Gasfetzen streben vom Stern weg. Diese Erscheinung heißt "Supernova" (Heller neuer Stern). Neuer Stern deshalb, weil plötzlich ein sehr helles Ereignis an einer Stelle auftrat, an der bisher kein oder nur ein sehr schwach sichtbarer Stern war. Die Supernova strahlt kurzzeitig so stark wie eine ganze Galaxie von 10¹¹ Sternen. In dieser Phase herrscht im engen Raum des Sternes ein gigantisches Energie-Überangebot; es laufen deshalb auch endotherme Fusionen ab, wobei viele Elemente oberhalb des Eisens bis zum Uran aufgebaut werden können. Man findet diese Elemente in der sich mit hoher Geschwindigkeit ausdehnenden Supernovahülle. Die Erde enthält nach kosmischen Maßstäben ungewöhnlich viele schwere Elemente; man geht davon aus, dass unsere Erde Restmaterial einer frühen Supernova ist.

X-ray: NASA/CXC/J.Hester (ASU); Optical: NASA/ESA/J.Hester & A.Loll (ASU); Infrared: NASA/JPL-Caltech/R.Gehrz (Univ. Minn.) / Public domain; verändert

Pulsare

Der zurückbleibende sehr kleine Neutronenstern (siehe Abb. 2) übernimmt den ganzen Drehimpuls des vorher großen Sterns und rotiert wegen seines jetzt sehr kleinen Radius entsprechend schnell. Aus der Wechselwirkung hochenergetischer Elektronen mit dem mitrotierenden Magnetfeld entspringt eine gerichtete Radiostrahlung, die ebenfalls mitrotiert (siehe Video). Bei günstiger geometrischer Lage im Raum kann dieser Radiostrahl die Erde ständig überstreichen wie der Lichtkegel eines Leuchtturmes. Auf der Erde empfängt man dann eine pulsierende Radiostrahlung; daher heißen solche Objekte Pulsare. Der Empfang des Signals auf der Erde ist im folgenden Video durch den Graphenverlauf unterhalb der Animation verdeutlicht.

Bis heute hat man über 400 Pulsare entdeckt; der bekannteste ist der im Krebsnebel (Cran-Nebel). Der Pulsar dort rotiert 30 mal in der Sekunde.

Sterne mit mehr als 20 Sonnenmassen

Beträgt die Anfangsmasse eines Sterns mehr als 20 Sonnenmassen, so kann der letztliche Kollaps am Ende seines kurzen Lebens auch durch den Druck des Neutronengases nicht mehr aufgehalten werden. Es entsteht ein sehr dichtes, kompaktes Objekt, bei dem aufgrund der riesigen Schwerebeschleunigung die Gravitationsrotverschiebung so groß wird, dass selbst Lichtquanten nicht mehr entweichen können. Dieses Objekt ist also unsichtbar. Es entsteht ein Schwarzes Loch.