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URKNALL
Sternentwickler lösen Helium-Rätsel
von Stefan Deiters
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31. Oktober 2006

Eigentlich sind Kosmologen mit der Urknall-Theorie ganz zufrieden, wenn da nicht das Helium-Problem wäre: Von diesem Gas gibt es nämlich deutlich weniger als nach Ansicht der Theoretiker vorhanden sein müsste. Jetzt bieten Astronomen, die sich mit der Entwicklung von massereichen Sternen in ihrer Riesenphase beschäftigen, eine Lösung für das Problem an.

Roter Riese

Das Innere eines Roten Riesen in der Simulation: Wasserstoff-reiche Wolken (rot) befinden sich über einer Schale aus brennendem Wasserstoff (blau). Durch die Temperatur in der Schale wird Helium 3 zu Helium 4 und Wasserstoff verwandelt. Bild: Lawrence Livermore National Laboratory

Das Problem, so erläutert John Lattanzio, Professor an der australischen Monash University, besteht in der Menge des Gases Helium 3 im Universum. "Die Urknalltheorie sagt einen gewissen Anteil von Helium 3 voraus", so der Direktor des Zentrums für stellare und planetare Astrophysik. "Das Problem ist, dass massearme Sterne auch Helium 3 produzieren und zwar als Nebenprodukt bei der Kernfusion von Wasserstoff in ihrem Inneren. Man hat immer angenommen, dass der Stern im Verlauf der Roten Riesenphase das Helium 3 aus dem Inneren in seine äußere Hülle transportiert. Diese wird dann ins All abgestoßen kurz bevor der Stern zum planetarischen Nebel wird."

Und hier liegt das Rätsel: Die theoretischen Vorhersagen über den Helium 3-Gehalt im Universum unterscheiden sich deutlich von der wirklichen Menge dieses Gases im All: Es ist sehr viel weniger vorhanden als eigentlich da sein sollte. Einige Theoretiker glaubten einen Ausweg gefunden zu haben: Eine schnelle Rotation von massearmen Sternen könnte das produzierte Helium 3 wieder zerstören. Doch mit Computermodellen von rotierenden Sternen wurde zwar eine Zerstörung von Helium 3 gezeigt, allerdings in weitaus geringerem Masse als zur Lösung des Problems notwendig gewesen wäre.

Lattanzio hat nun zusammen mit Peter Eggleton und David Dearborn vom amerikanischen Lawrence Livermore National Laboratory mit ausgefeilten Modellen und den schnellsten Computern der Welt die Rote-Riesenphase von diesen Helium-3 zerstörenden Sternen untersucht. Sie entdeckten dabei eine kleine Instabilität der Gasbewegungen am Ende des nuklearen Lebens des Sterns. "Diese hydrodynamische Instabilität führte zu einer Durchmischung und zerstörte das vorhandene Helium 3, so dass nichts mehr ins All geblasen wurde", so Lattanzio. "Damit ist ein entscheidendes Problem der Urknall-Theorie gelöst: Das Helium 3 im All stammt vom Urknall. Massearme Sterne, obwohl sie Helium 3 in ihrem Inneren produzieren, geben nichts von diesem Gas in ihre Umgebung ab, weil sie es vollständig wieder zerstören."

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