Unsere Welt zu verstehen:  Sterne Standardkerzen

John D. Barrow erklärt (2011):

 
Wenn Sterne, deren Masse kleiner als das 1.4-fache der Sonnenmasse ist, ihren nuklearen Brennstoff verbraucht haben, schrumpfen sie unter der Wirkung ihrer Gravitation auf Erdgröße zusammen. Erst der Gegendruck, der entsteht, wenn die Elektronen der Atome zusammengepresst werden bringt diesen Schrumpfungs­prozess zum Stillstand. Resultat ist, was wir einen Weißen Zwerg nennen.
 
Für Sterne, die mehr Masse als das 1.4-fache der Sonne haben, kann der Gegendruck der Elektronen den Zusammensturz nicht aufhalten: Sie werden in die Protonen gedrückt und machen jene zu Neutronen. Erst deren Entartungsdrck bringt den Zusammensturz zum Halten, sofern der Stern nicht das 3-fache der Sonnenmasse hat. Resultat ist ein Neutronenstern, der nur einige Kilometer Durchmesser hat, aber eine Dichte, die 100 000 Milliarden Mal größer ist als die von Eisen.
 
Weiße Zwerge und Neutronensterne sind im beobachtbaren Universum recht häufig anzutreffen.
 
Da Neutronensterne schnell rotieren, sind sie Pulsare: Sterne, die wirken wie Leuchttürme, deren jeder in regelmäßigen Abständen Lichtsignale aussendet.
 
Hat nun aber der sterbende Stern ein Masse, die größer ist als das 3-fache der Sonnenmasse, gibt es keine bekannte Kraft, welche den Zusammensturz aufhalten könnte: Er wird dann zu einem Schwarzen Loch.
 
 
Etwa die Hälfte aller Sterne im beobachtbaren Universum sind Doppelsterne, die ihr gemeinsames Gravitationszentrum umkreisen. Wird einer der beiden zu einem Weißen Zwerg, kann er auf Kosten des Partners anwachsen, indem er aus den Außenbereichen seines Bruder Materie absaugt. Das kann dazu führen, dass seine Masse die Grenze von 1,4 Sonnenmassen überschreitet und der Stern in einer dramatischen thermonuklearen Explosion — Supernova genannt — zerrissen wird.
 
Interessanterweise ist die maximale Helligkeit aller Supernovae nahezu gleich groß. Sie strahlen dann kurze Zeit mehr als 1 Milliarde Mal heller als die Sonne (fast so hell wie eine ganze Galaxie).
 
Nach der Explosion nimmt die Helligkeit ab, und in den daraf folgenden Monaten verändert sich auch die Farbzusammensetzung des abgestrahlten Lichtes in ganz charakteristischer Weise: Die Form der Helligkeitskurve wird in den ersten Tagen und Wochen durch den radioaktiven Zerfall von Nickel bestimmt, danach aber durch den Zerfall von Kobalt.
 
1998 haben zwei Forscherteams (aus Harvard und Berkeley) das Verhältnis der maximalen Helligkeit und des Abfalls der Helligkeitskurve verschiedener Supernovae genau untersucht und konnten von da an auf deren Abstand von der Erde schließen.
 
Sie nützten zu Zeiten des Neumondes machtvolle Teleskope, um enige hundert Ausschnitte des Nachthimmels mit jeweils etwa 1000 Galaxien zu beobachten. Eine Wiederholung dieser Beobachtung nach 3 Wochen ergab, dass sich in der Zwischenzeit in jedem der Bereiche etwa 25 Supernovae gebildet hatten. Es stellte sich heraus,dass die Helligkeitskurven der ferner Supernovae denen der nahen gleichen Typs ähnlich sind, woraus man dann schließen konnte, dass die Super­novae am Rande des beobachtbaren Universums den uns nahen gleichen und ihre geringe scheinbare Helligkeit einzig und allein durch ihre große Entfernung von uns zustandekam.
 
Nachdem beide Gruppen ihre Daten zusammen betrachtet hatten, kamen sie unabhängig von einander zum selben Ergebnis, welches lautet:
 
Das Hubblesche Gesetz für die Expansionsgeschwindigkeit der fernen Supernovae zeigt einen Trend, der beweist, dass die Geschwindigkeit, mit der der Raum expandiert, zunächst langsam zurückging, seit etwa 4.5 Mrd. Jahren aber wieder anwächst.
 
 
Die Konsequenzen dieser Entdeckung waren immens.

 

• Man hatte jetzt nicht nur einen direkten Beweis der Beschleunigung der Expansion des Raumes,
   
• sondern auch eine Bestätigung des Lambda-CDM-Modells
   
• sowie einen Beweis dafür, dass eine der Gravitation entgegenwirkende Kraft tatsächlich existiert.

Wenn man Einsteins Kosmologische Konstante (nun mit fast genau dem Wert –1) wieder einsetzt, wird sein Modell zu dem, welches bisher am genauesten die Dynamik unseres Universums beschreibt.