Gravitationskollaps

Der Gravitationskollaps ist der Prozess, bei dem ein Stern am Ende seines Lebens unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenstürzt, weil der Strahlungsdruck aus Kernfusionsreaktionen nachlässt. Das Ergebnis hängt von der Masse des Sterns ab.

Sterne mit weniger als etwa 8 Sonnenmassen stoßen ihre äußeren Hüllen als planetarischen Nebel ab und hinterlassen einen Weißen Zwerg, der durch den Entartungsdruck der Elektronen gegen weitere Kontraktion stabilisiert wird. Die Obergrenze für Weiße Zwerge liegt bei der Chandrasekhar-Grenze von etwa 1,4 Sonnenmassen.

Massereiche Sterne (über 8 Sonnenmassen) kollabieren in ihrem Kern so heftig, dass Elektronen und Protonen zu Neutronen verschmelzen. Die dabei freigesetzte Energie treibt eine Supernova-Explosion an, während der Kern zu einem Neutronenstern komprimiert wird (typisch 10-20 Kilometer Durchmesser bei 1,4-2 Sonnenmassen). Die Dichte beträgt etwa 10¹⁷ kg/m³, ein Teelöffel Neutronensternmaterie wiegt rund eine Milliarde Tonnen.

Überschreitet die Kernmasse die Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze (etwa 2-3 Sonnenmassen), kann kein bekannter physikalischer Prozess den Kollaps aufhalten. Der Stern wird zu einem Schwarzen Loch. Der Kollaps zum Schwarzen Loch dauert aus Sicht des einfallenden Materials nur Millisekunden, erscheint aber für einen entfernten Beobachter durch die Gravitationszeitdilatation eingefroren.

In der Science-Fiction ist der Gravitationskollaps oft Ausgangspunkt für dramatische Szenarien. Larry Nivens Neutronenstern (1966) beschreibt die tödlichen Gezeitenkräfte in der Nähe eines kollabierten Sterns. In Alastair Reynolds' Revelation Space spielen die Überreste kollabierter Sterne eine zentrale Rolle in der Handlung.

Gerade der Gravitationskollaps ist der kosmische Prozess, der die schweren Elemente in die Welt bringt, aus denen Planeten und Lebewesen bestehen. In den letzten Augenblicken vor dem Zusammenbruch und in der darauffolgenden Supernova entstehen unter extremem Druck Elemente, die in normalen Sternen nie gebildet würden, und die Explosion schleudert sie in den interstellaren Raum. Der Kohlenstoff in unseren Zellen, der Sauerstoff in der Luft und das Eisen im Blut stammen aus solchen Sternentoden früherer Generationen. Verschmelzende Neutronensterne, die selbst aus Kollapsen hervorgingen, liefern zudem einen Großteil der schwersten Elemente wie Gold und Platin. So ist der gewaltsamste Vorgang im Leben eines Sterns zugleich ein schöpferischer Akt: Aus dem Untergang massereicher Sonnen entsteht das Rohmaterial für neue Sterne, Planeten und letztlich für das Leben. Der Gravitationskollaps verbindet damit die Endphase der Sternentwicklung unmittelbar mit dem Ursprung von allem, was uns umgibt.