Hertzsprung Russel Diagramm

In einem Hertzsprung Russel Diagramm kann man die Zustände von Sternen ablesen, und zwar in Abhängigkeit von ihrer Masse.

Wenn man die Daten vieler Sterne ermittelt hat, wie beispielsweise ihre Temperatur, Helligkeit, Spektralklasse usw., kann man diese in ein Diagramm eintragen. Weil man bei einer solchen Datensammlung Sterne aller möglichen Altersklassen und Größen erfasst, erhält man nach und nach ein Diagramm, welches den Lebensweg, die Entwicklung der Sterne aufzeigt. Der dänische Astronom Ejnar Hertzsprung (1873 bis 1967) hat bereits 1905 auf den Unterschied zwischen Riesen- und Zwergsternen der gleichen Spektralklasse hingewiesen, 1913 hat dann der amerikanische Astronom Henry Norris Russel (1877 bis 1957) den Zusammenhang zwischen absoluter Helligkeit und Spektralklasse aufgezeigt. Aus beiden Erkenntnissen ist das nach ihnen benannte Diagramm als wichtigste Zustandsbeschreibung der Sterne entstanden (Kurzform: HR- Diagramm oder einfach HRD).

Einfaches HRD

Nebenstehende kleine Grafik stellt ein vereinfachtes Hertzsprung- Russel- Diagramm dar. Es wird diagonal geteilt von der Hauptreihe, entlang der sich die meisten Sterne in ihrer Entwicklung von unten nach oben bewegen. Am oberen linken Rand dieser Linie liegen massereiche, junge Sterne, die gerade ihr Wasserstoffbrennen beginnen und daher sehr heiß sind (z.B. Spektraltyp B0, entsprechend 30.000 [K] und tausendfacher Sonnenleuchtkraft). Wegen ihrer großen Oberfläche sind die hellsten Sterne die Überriesen, dieser Nebenast verläuft deshalb komplett im oberen Bereich. Die Veränderlichen Sterne wie Cepheiden halbieren das Diagramm. Darunter liegt der Riesenast, dessen Sterne bereits weit in ihrer Entwicklung fortgeschritten sind.

In diesem Diagramm werden die Sterne gemäß ihrer Spektraltype (Abszisse) gegen ihre absolute Helligkeit (Ordinate) aufgetragen (es ist auch eine Einordnung von Leuchtkraft zur Oberflächentemperatur möglich). Bei entsprechender Datenmenge ergeben sich ausgeprägte Linien, die als Äste bezeichnet werden, oder Flächen. Die Sterne sind also nicht wahllos im Diagramm verteilt. Die meisten Sterne ordnen sich entlang der schon genannten Hauptreihe an. Unsere Sonne, ein Zwerg- Stern, befindet sich auch auf dieser Reihe. Das HRD hat seit jeher sehr geholfen, die Mannigfaltigkeit der Sterne aufzuzeigen und ihren Entwicklungsweg zu verstehen. Damit ist es zu einem der wichtigsten Instrumente der Astrophysik geworden.

Am untersten Ende der Hauptreihe, noch unterhalb der Spektralklasse M8, liegen Sterne mit weniger als 0,08 Sonnenmassen, die Braunen Zwerge. Sie weisen Oberflächentemperaturen von kaum mehr als 3000 [K] auf. Bis hin zur Spektralklasse G8 folgen Sterne bis zu 0,8 Sonnenmassen. Alle innerhalb der Grenzen von 8 bis 80% der Sonnenmasse befindlichen Sterne, die je entstanden, existieren immer noch seit ihrer Geburt vor etwa 13,5 Milliarden Jahren, da sie mit ihrem Kernbrennstoff äußerst sparsam umgehen. Durch ihre geringe Masse ist der Gravitationsdruck, damit auch Druck und Temperatur im Sterninnern niedrig und die Kernfusion läuft daher sehr gemächlich ab.

Diese untere Hauptreihe spielt deshalb keine Rolle bei Betrachtung der Sternentwicklung, doch liegen etwa 90% aller Zwergsterne in diesem Bereich. Im mittleren Bereich des Hauptastes befinden sich Sterne von 0,8 bis 8 Sonnenmassen (Spektralklasse B3), das sind etwa 10% der Zwergsterne. Der obere Bereich schließlich wird durch die relativ seltenen (weniger als 1% der Gesamtpopulation), massereichen Sterne bis hin zur Obergrenze von etwa 120 Sonnenmassen abgedeckt. Das ist das Reich der (Riesensterne, Hyperriesen bzw. Übergiganten.

Solche Sterne haben aufgrund ihres verschwenderischen Umgangs mit Kernbrennstoff eine Lebensspanne von nur einigen Dutzend Millionen Jahren, sind aber durch ihre enorme Leuchtkraft sehr auffällig. Hinzu kommt, dass aus ihnen keine Weißen Zwerge entstehen können, sondern sie ihr Leben meist in einer Supernovaexplosion „aushauchen“, was letztendlich zur Bildung von Neutronensternen oder gar Schwarzen Löchern führt.

Im oben stehenden Diagramm sind noch der Ast der veränderlichen Sterne (grün) und der Riesenast (rot) angedeutet. Ausführlicher dargestellt sind die einzelnen Äste in folgendem Diagramm, welches auch die Oberflächentemperatur wiedergibt:

Zur Information sind einige der bekanntesten Sterne eingezeichnet. Der oberste Ast stellt wiederum den Bereich der Hyperriesen dar. Die drei darunter liegenden Reihen sind die Überriesen. Mira beispielsweise befindet sich am Ende des Riesenastes. Unterhalb des Hauptastes ist noch das Reich der Weißen Zwerge angedeutet, die zwar recht hohe Oberflächentemperaturen aufweisen können, aufgrund ihres geringen Durchmessers von etwa Erdgröße aber sehr leuchtschwach sind.