Zu der einen oder anderen Zeit haben alle Wissenschaftsbegeisterten die berüchtigten Worte des verstorbenen Carl Sagan gehört: "Wir bestehen aus Star-Sachen." Aber was bedeutet das genau? Wie könnten kolossale Plasmakugeln, die ihren Kernbrennstoff in ferner Zeit und in weit entferntem Raum gierig verbrennen, dazu beitragen, die enorme Komplexität unserer irdischen Welt hervorzubringen? Wie kommt es, dass „der Stickstoff in unserer DNA, das Kalzium in unseren Zähnen, das Eisen in unserem Blut, der Kohlenstoff in unseren Apfelkuchen“ so beiläufig tief in den Herzen dieser massiven Sternriesen geschmiedet worden sein könnte?
Es überrascht nicht, dass die Geschichte sowohl elegant als auch zutiefst beeindruckend ist.
Alle Sterne stammen aus bescheidenen Anfängen: nämlich einem riesigen, rotierenden Klumpen aus Gas und Staub. Durch die Schwerkraft kondensiert die Wolke beim Drehen und wirbelt in eine immer dichter gepackte Materialkugel. Schließlich wird der zukünftige Stern so dicht und heiß, dass Wasserstoffmoleküle in seinem Kern kollidieren und zu neuen Heliummolekülen verschmelzen. Diese Kernreaktionen setzen starke Energiestöße in Form von Licht frei. Das Gas scheint hell; ein Star ist geboren.
Das endgültige Schicksal unseres jungen Sterns hängt von seiner Masse ab. Kleinere, leichte Sterne verbrennen langsamer durch den Wasserstoff in ihrem Kern als schwerere Sterne, leuchten etwas schwächer, leben aber viel länger. Im Laufe der Zeit verursachen jedoch sinkende Wasserstoffwerte im Zentrum des Sterns weniger Wasserstofffusionsreaktionen. Weniger Wasserstofffusionsreaktionen bedeuten weniger Energie und damit weniger Druck nach außen.
Ab einem bestimmten Punkt kann der Stern die Spannung, die sein Kern gegen die Masse seiner äußeren Schichten aufrechterhalten hatte, nicht mehr aufrechterhalten. Die Schwerkraft kippt die Skala und die äußeren Schichten beginnen auf dem Kern nach innen zu fallen. Aber ihr Zusammenbruch heizt die Dinge auf, erhöht den Kerndruck und kehrt den Prozess erneut um. Unmittelbar außerhalb des Kerns wird eine neue Wasserstoffbrennschale erzeugt, die einen Puffer gegen die Schwerkraft der Oberflächenschichten des Sterns wiederherstellt.
Während der Kern weiterhin Heliumfusionsreaktionen mit niedrigerer Energie durchführt, drückt die Kraft der neuen Wasserstoffbrennschale auf das Äußere des Sterns, wodurch die äußeren Schichten immer mehr anschwellen. Der Stern dehnt sich aus und kühlt sich zu einem roten Riesen ab. Seine äußeren Schichten entziehen sich letztendlich der Schwerkraft, schweben in den Weltraum und hinterlassen einen kleinen, toten Kern - einen weißen Zwerg.
Schwerere Sterne geraten gelegentlich auch im Kampf zwischen Druck und Schwerkraft ins Wanken und bilden neue Schalen von Atomen, die dabei verschmelzen. Im Gegensatz zu kleineren Sternen können sie aufgrund ihrer überschüssigen Masse diese Schichten weiter bilden. Das Ergebnis ist eine Reihe konzentrischer Kugeln, wobei jede Schale schwerere Elemente enthält als die sie umgebende. Wasserstoff im Kern führt zu Helium. Heliumatome verschmelzen zu Kohlenstoff. Kohlenstoff verbindet sich mit Helium zu Sauerstoff, der zu Neon, dann zu Magnesium und dann zu Silizium verschmilzt… über das Periodensystem bis hin zu Eisen, wo die Kette endet. Solche massiven Sterne wirken wie ein Ofen und treiben diese Reaktionen durch die bloße verfügbare Energie an.
Aber diese Energie ist eine endliche Ressource. Sobald der Kern des Sterns zu einer festen Eisenkugel wird, kann er keine Elemente mehr zu Energie verschmelzen. Wie bei kleineren Sternen bedeuten weniger energetische Reaktionen im Kern von Schwergewichtssternen weniger Druck nach außen gegen die Schwerkraft. Die äußeren Schichten des Sterns beginnen dann zu kollabieren, was das Tempo der Fusion schwerer Elemente beschleunigt und die Menge an Energie, die verfügbar ist, um diese äußeren Schichten zu halten, weiter verringert. Die Dichte im schrumpfenden Kern nimmt exponentiell zu und klemmt Protonen und Elektronen so fest zusammen, dass eine völlig neue Einheit entsteht: ein Neutronenstern.
Zu diesem Zeitpunkt kann der Kern nicht dichter werden. Die massiven Außenhüllen des Sterns, die immer noch nach innen fallen und immer noch voller flüchtiger Elemente sind, müssen nirgendwo mehr hingehen. Sie schlagen in den Kern wie eine rasende Ölbohrinsel, die gegen eine Mauer stößt, und brechen in eine monströse Explosion aus: eine Supernova. Die außergewöhnlichen Energien, die während dieser Explosion erzeugt werden, ermöglichen schließlich die Verschmelzung von Elementen, die noch schwerer als Eisen sind, von Kobalt bis hin zu Uran.
Die von der Supernova erzeugte energetische Schockwelle bewegt sich in den Kosmos und verteilt schwere Elemente. Diese Atome können später wie unser eigenes in Planetensysteme eingebaut werden. Unter den richtigen Bedingungen - zum Beispiel einem entsprechend stabilen Stern und einer Position innerhalb seiner bewohnbaren Zone - bilden diese Elemente die Bausteine für ein komplexes Leben.
Heute wird unser Alltag durch genau diese Atome ermöglicht, die vor langer Zeit im Leben und Tod massereicher Sterne entstanden sind. Unsere Fähigkeit, überhaupt etwas zu tun - aus einem tiefen Schlaf aufwachen, ein köstliches Essen genießen, ein Auto fahren, einen Satz schreiben, addieren und subtrahieren, ein Problem lösen, einen Freund anrufen, lachen, weinen, singen, tanzen, rennen, Springen und Spielen - wird hauptsächlich durch das Verhalten winziger Wasserstoffketten in Kombination mit schwereren Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Phosphor bestimmt.
Andere schwere Elemente sind in geringeren Mengen im Körper vorhanden, aber dennoch genauso wichtig für das reibungslose Funktionieren. Zum Beispiel wirken Kalzium, Fluor, Magnesium und Silizium zusammen mit Phosphor, um unsere Knochen und Zähne zu stärken und zu wachsen. ionisiertes Natrium, Kalium und Chlor spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des Flüssigkeitshaushalts und der elektrischen Aktivität des Körpers. und Eisen umfasst den Hauptteil des Hämoglobins, das Protein, das unsere roten Blutkörperchen mit der Fähigkeit ausstattet, den Sauerstoff, den wir einatmen, an den Rest unseres Körpers abzugeben.
Wenn Sie das nächste Mal einen schlechten Tag haben, versuchen Sie Folgendes: Schließen Sie die Augen, atmen Sie tief ein und betrachten Sie die Kette von Ereignissen, die Ihren Körper und Geist mit einem Ort verbindet, der Milliarden von Lichtjahren entfernt ist, tief in der Ferne Raum und Zeit. Erinnern Sie sich daran, dass massive Sterne, die um ein Vielfaches größer als unsere Sonne sind, Millionen von Jahren damit verbracht haben, Energie in Materie umzuwandeln und die Atome zu erschaffen, aus denen jeder Teil von Ihnen, die Erde und jeder besteht, den Sie jemals gekannt und geliebt haben.
Wir Menschen sind so klein; und doch führt der zarte Tanz der Moleküle, die aus diesem Sternmaterial hergestellt wurden, zu einer Biologie, die es uns ermöglicht, über unser breiteres Universum nachzudenken und darüber, wie wir überhaupt entstanden sind. Carl Sagan selbst erklärte es am besten: „Ein Teil unseres Wesens weiß, dass wir hierher gekommen sind. Wir sehnen uns nach Rückkehr; und wir können, weil der Kosmos auch in uns ist. Wir sind aus Star-Sachen gemacht. Wir sind eine Möglichkeit für den Kosmos, sich selbst zu erkennen. “
