Dieses Bild zeigt den dramatischen Nebel um Beteigeuze. Er entsteht, weil der Gigant sein Material in den Raum abgibt. Der winzige rote Kreis in der schwarzen Scheibe hat einen Durchmesser, der etwa das Vierfache der Erdumlaufbahn um die Sonne beträgt.
Foto: ESO/P. Kervella

BerlinDie Explosion eines Sterns aus nächster Nähe live miterleben zu können, ist für Astronomen wie ein Jackpotgewinn. Zuletzt hatten sie das große Glück, als 1987 eine Supernova in der Großen Magellanschen Wolke detonierte. Die Entfernung von etwa 160.000 Lichtjahren gilt als kosmische Nachbarschaft. Nun richtet sich die Aufmerksamkeit seit einiger Zeit auf einen noch viel näheren Nachbarn: den nur 640 Lichtjahre entfernten Riesenstern Beteigeuze. Dieser wird seit Wochen immer lichtschwächer. Für manchen ist das eine Vorankündigung für sein spektakuläres Ende in „naher Zukunft“ – was nach astronomischen Maßstäben durchaus einige tausend Jahre bedeuten könnte. Andere halten dieses nahe Ende für unwahrscheinlich. Einige Astronomen sagen sogar vorher, dass der Stern in ein paar Tagen wieder heller werden müsste.

Beteigeuze ist im Sternbild Orion zu finden – als linker Schulterstern. Zur Zeit kann man ihn leicht über dem südlichen Horizont mit bloßem Auge erkennen. Er weist seit jeher Helligkeitsschwankungen auf, doch jetzt ist der Stern so dunkel geworden wie seit 25 Jahren nicht mehr. Über mögliche Ursachen dieser Variationen ist kaum etwas bekannt. Tatsache ist, dass Beteigeuze etwa zwanzigmal mehr Masse besitzt als unsere Sonne und sich in einer Endphase befindet, in der er sich gigantisch aufgeblasen hat. Die ungeheure Größe ist eine Alterserscheinung.

Auf der Zielgeraden zum finalen Feuerwerk

Je schwerer ein Stern ist, desto kürzer ist seine Lebensdauer. Diese paradox klingende Regel hat ihren Grund: Massereiche Sterne leuchten sehr viel heller als massearme – sie verschwenden ihren Brennstoff geradezu. Während die Sonne etwa zehn Milliarden Jahre alt wird, endet ein zwanzig Mal so schwerer Stern bereits nach einigen Millionen Jahren. Die meiste Zeit über erzeugt der Stern in seinem Zentralbereich Energie, indem er Wasserstoff-Atomkerne zu Helium verschmilzt. Doch irgendwann ist der Wasserstoffvorrat verbraucht, die instabile Endphase beginnt. Der Kernbereich zieht sich wegen der aussetzenden Energieproduktion zusammen. Dadurch steigt der Druck, bis irgendwann Heliumkerne zu Kohlenstoff verschmelzen.

Auch in der den Kernbereich umgebenden Schale ist der Druck gestiegen, sodass sich das Wasserstoffbrennen fortsetzen kann. In dieser Phase bläht sich der Stern zu einem Riesenstern wie Beteigeuze auf. Durch den gewachsenen Druck im Kernbereich und in der Schale wird der Stern zur Elementfabrik: Kohlenstoffkerne verschmelzen zu Magnesium, Sauerstoffkerne zu Schwefel und Siliziumkerne zu Eisen.

Der Stern besitzt nun eine Zwiebelschalenstruktur: Eine dicke Wasserstoffhülle umgibt Schichten mit Helium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Silizium, während im Kernbereich Eisen entsteht. Danach ist Schluss, denn bei der Fusion von Eisen zu noch schwereren Elementen wird keine Energie mehr frei. Die nukleare Brennkette ist am Ende angelangt. Die Energieproduktion versiegt schlagartig, und der Kernbereich stürzt in sich zusammen. Es entsteht ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch.

Dieser Kollaps des Zentralbereichs ist begleitet von einer Explosion der äußeren Hülle, die hell als Supernova aufleuchtet. In ihr laufen Kernreaktionen ab, in denen alle schweren Elemente bis hin zum Uran entstehen. Sie gelangen dadurch ins All und stehen als Rohmaterial für neue Generationen von Sternen und Planeten zur Verfügung.

Beteigeuze befindet sich also auf der Zielgeraden zum finalen Feuerwerk, aber wann das stattfinden wird, weiß niemand. „Nach unserer heutigen Kenntnis machen sich die unterschiedlichen Phasen des Schalenbrennens nicht im äußeren Erscheinungsbild des Sterns bemerkbar“, sagt Hans-Thomas Janka, der sich seit Jahrzehnten am Max-Planck-Institut für Astrophysik mit Supernovae beschäftigt. „Astronomische Beobachtungen belegen aber, dass ein Stern am Ende seines Lebens eher heller wird, bevor er explodiert, nicht wie Beteigeuze, der dunkler geworden ist“, ergänzt Janka. Fragt sich also, was mit dem Stern gerade passiert.

Geheimnisvolle Beulen

Beteigeuze ist wegen seiner enormen Größe und relativen Nähe einer der ganz wenigen Sterne, die mit einigen Teleskopen wie Hubble Details erkennen lassen. Auf solchen Aufnahmen wurden „Beulen“ erkennbar, die sich mit der Zeit verändern. „Die Ursache könnten sogenannte Konvektionszellen sein“, sagt Janka. Sie entstehen, weil Beteigeuzes Kernbereich extrem heiß ist und das darüber befindliche Gas in Wallung bringt, genauso wie in einem mit Wasser gefüllten Topf auf einer Herdplatte. Auch in der Sonne kommt es zu dieser Konvektion, aber weil Beteigeuze so riesig ist, könnten auch diese wabernden Blasen enorme Ausmaße annehmen. Die aufsteigenden Gaswolken kühlen sich an der Oberfläche ab und sinken dann wieder ins Innere ab. „Vielleicht werden sie dann auch dunkler und bilden gewissermaßen überdimensionale Sonnenflecken, die über Monate hinweg existieren können“, vermutet Janka. Diese dunklen Flecken könnten dann den gesamten Stern dunkler erscheinen lassen.

Denkbar ist auch, dass der Stern geschrumpft ist. „Eine Verringerung des Radius um etwa acht Prozent würde für die Helligkeitsabnahme ausreichen“, argumentieren Edward Guinan und Richard Wasatonic von der Villanova University in Pennsylvania, USA, die kürzlich neue Beobachtungsdaten präsentiert haben. Sie weisen auch darauf hin, dass sich in den Helligkeitsschwankungen der letzten 25 Jahre Regelmäßigkeiten finden lassen. So scheint es eine Periode mit 430 Tagen und eine andere mit sechs Jahren Dauer zu geben. „Es könnte gut sein, dass sich im Moment gerade zufällig beide Perioden mit ihren Minima überlagern und Beteigeuze deswegen so lichtschwach geworden ist“, sagt Janka. Sollte dies der Fall sein, so müsste Orions Schulterstern bis Ende Februar wieder heller werden. Und wenn nicht?

Aus Jankas Sicht ist Beteigeuzes Explosion in naher Zukunft sehr unwahrscheinlich, aber ausgeschlossen ist sie nicht. Immerhin sind viele Abläufe kurz vor dem Sternentod nicht bekannt. Sollte Beteigeuze detonieren, so wäre er so hell wie der Mond. Selbst am Tageshimmel könnten wir ihn sehen. Eine Supernova setzt auch eine große Menge an energiereicher Strahlung frei. Doch dürfte diese zu weit entfernt sein, um die Erdatmosphäre oder das Leben zu schädigen. Mit dem gesamten Instrumentarium, das ihnen auf der Erde und im Weltraum zur Verfügung steht, würden die Astrononen dieses seltene Ereignis verfolgen. Schließlich explodieren in unserer Milchstraße durchschnittlich vielleicht zwei Sterne im Jahrhundert.

Kollaps im Bruchteil einer Sekunde

Besonders gespannt wären die Forscher vor allem auf zwei Signale: Neutrinos und Gravitationswellen. Während nämlich die Strahlung von der abgesprengten Gashülle stammt, zeugen diese beiden kosmischen Boten direkt von dem Kollaps des Sternenzentrums. 1987 wiesen japanische Forscher mit ihrem Kamiokande-Detektor elf Neutrinos von der Supernova in der Großen Magellanschen Wolke nach. Wegen der Nähe von Beteigeuze dürften es mit dem Nachfolger Super-Kamiokande mehr als eine Million sein – und es gibt noch weitere Neutrinodetektoren. Wie Theoretiker kürzlich berechneten, sollten diese sogar Neutrinos nachweisen, die bereits ab zehn Stunden vor dem Sternentod in den immer hektischer ablaufenden Kernreaktionen frei werden – ein Frühwarnsystem für die Supernova gewissermaßen.

Der finale Zusammenbruch des Kernbereichs verläuft im Bruchteil einer Sekunde. Dieser Vorgang ist so heftig, dass er die ihn umgebende Raumzeit zum Schwingen bringt. Gravitationswellen rasen mit Lichtgeschwindigkeit ins All und würden von den Ligo-Virgo-Anlagen in den USA und Italien empfangen. Sie tragen Informationen darüber, wie der Sternentod am Schluss genau abläuft und wie er endet – in einem superdichten Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch. Es wäre ganz großes Sternenkino.