Planeten und Sterne
3.3.1 Fusionsprozesse und Positionen im HRD
Es gibt mehrere Fusionsstufen, die ein Stern durchmachen kann, hat er genügend Masse. Er findet sich bei jeder Stufe in einem bestimmten Bereich des HRD. Dort gibt es zwei Bereiche. Das ist einmal die Hauptreihe, hier wird Wasserstoff fusioniert.
Der andere Bereich ist der Riesenast. Auf ihm findet die Fusion von Helium zu höheren Elementen statt. Geht man noch einen Schritt zurück, so „fallen“ alle Sterne in ihrer frühen Phase erst einmal auf die Hauptreihe.
Was dort auffällt, ist die Tatsache, dass Sterne mit geringerer Masse, die sich im rechten und kühlen Teil auf der Hauptreihe im HRD befinden, einen besonders starken Einbruch der Leuchtkraft erfahren.
Wenn man davon ausgeht, dass der Stern seine Fusion nur durch die Masse bewerkstelligt, so ist es unverständlich, wie er vor dem Erreichen der Hauptreihe zu einer solch großen Leuchtkraft gelangt. Dahinter versteckt sich auch die Frage, warum die Kurve der Leuchtkraft auf der Hauptreihe über die Temperatur so stark ansteigt. Wenn man annimmt, es wäre nur ein Produkt der Masse, so kommt man mit der hohen Leuchtkraft vor dem erreichen der Hauptreihe in Konflikt. Es ist unverständlich, welche Fähigkeit dem Jungstern geringer Masse eine so große Leuchtkraft vermittelt. Dieser Kurvenverlauf wird in der traditionellen Sicht zum Fusionsprozess nicht verständlich.
Die Betrachtung der Hauptreihe könnte so verständlich sein. Man sagt, der Stern höherer Masse erreicht eine höhere Temperatur und einen höheren Druck in seinem Inneren. Damit ist die Fusion von Wasserstoff zu Helium in einer breiteren Region seines Inneren möglich. Das wäre logisch. Hier könnte man jedoch eines einflechten.
Sterne höherer Masse vergehen schneller. Das zeigt sich vor allem auch darin, dass sie die Hauptreihe schneller verlassen. Dieses Abwandern von der Hauptreihe ist bei den Sternhaufen unterschiedlichen Alters recht gut zu erkennen. Ist ein Sternhaufen älter, fehlen die heißeren Sterne auf der Hauptreihe.
Je mehr auf dieser Hauptreihe fehlen, umso älter ist dieser Haufen. In dieser Beschreibung stößt man jedoch auf ein Problem. Aus dieser Logik der Altersbestimmung müsste sich mit zunehmendem Alter des Haufens die Abwanderungsgrenze immer weiter zu den kühlen Sternen verlagern. Das ist nicht der Fall.
Bei den G-Sternen und auch schon bei den F-Sternen lässt die Abwanderung langsam nach. Hier könnte demnach noch ein anderer Mechanismus existieren, der für die großen Unterschiede der Leuchtkraft auf der Hauptreihe sorgt.
Aus den bisherigen Überlegungen geht hervor, dass große Mengen Substanzen hoher Dichte besonders bei kühlen Sternen abgestürzt sind. Dieser Effekt stört die Fusion, denn diese Substanzen sinken in tiefere Regionen. Darauf hin verlieren diese Sterne an Leuchtkraft und zum Schluss setzen sich die schweren Elemente im Kern ab. Der Kern des Sterns, in dem die höchste Temperatur und der größte Druck herrschen, wird nun von schweren Elementen besetzt. Damit ist dort die Fusion von Wasserstoff zu Helium nicht mehr möglich. Auf diese Weise verliert der kühlere Stern grundsätzlich an Leuchtkraft. Diese kann er auch nicht mehr zurückgewinnen.
Junge Sternhaufen, die sich gerade auf der Hauptreihe abgesetzt haben, liegen unterhalb der Hauptreihe, weil sich die schweren Elemente noch nicht abgesetzt haben. Ihre Leuchtkraft ist fast um eine Leuchtkraftklasse geringer. Erst im weiteren Alterungsprozess heben sie die Leuchtkraft um ein gewisses Maß an, weil diese schweren Elemente erst später im Zentrum des Sterns angelangen.
Unter diesem Aspekt ist klar, warum kühle Sterne in ihrer frühen Entwicklung eine so hohe Leuchtkraft hatten. Der Kern dieser Sterne war frei von schweren Elementen und zu einem wesentlich stärkeren Fusionsprozess fähig.
Betrachtet man den Fusionsprozess auf der Hauptreihe, so ist das Gefälle der Leuchtkraft zu den kühlen Sternen hin nicht nur ein Produkt der Masse eines Sterns, sondern die Leuchtkraft nimmt zu den kühlen Sternen deswegen so sehr ab, weil der Anteil schwerer Elemente im Kern von Sternen zu den kühlen Temperaturen hin zunimmt. Da massenarme Sterne eine kleine fusionsfähige Region haben, ist die Einschränkung besonders stark, weil der wichtigste Bereich anderweitig belegt wird.
Das Abwandern von der Hauptreihe ergibt damit einen neuen Sinn. Bis zu den G- und F-Sternen haben sich große Mengen schwerer Elemente im Kern abgesetzt. Oberhalb dieses Temperaturbereiches wird der Anteil schwerer Elemente kleiner.