Wie wird ein Roter Riese zum Weißen Zwerg?

Ein Roter Riese verwandelt sich in einen Weißen Zwerg durch einen komplexen Prozess, der eng mit dem Ende seines nuklearen Brennstoffvorrats verknüpft ist. Nach dem asymptotischen Riesenast (AGB), wenn der Stern im Kern Helium zu Kohlenstoff und Sauerstoff fusioniert hat, kommt es zu Instabilitäten. Der Stern kann die Fusion nicht mehr aufrechterhalten und die nach außen gerichtete Strahlungsdruck lässt nach. Die Folge sind pulsierende Ausdehnungen und Kontraktionen, die immer heftiger werden.

In diesen AGB-Phasen verliert der Stern durch starke Sternwinde einen erheblichen Teil seiner äußeren Hüllen. Diese abgestoßene Materie bildet einen sogenannten planetarischen Nebel, eine leuchtende Gas- und Staubhülle, die den sterbenden Stern umgibt. Dieser Name ist irreführend, denn mit Planeten hat der Nebel nichts zu tun.

Im Zentrum des planetarischen Nebels bleibt der ehemalige Kern des Roten Riesen zurück. Dieser Kern besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff und Sauerstoff und ist extrem dicht. Da keine weitere Kernfusion stattfindet, erzeugt er keine neue Energie. Die einzige verbliebene Energiequelle ist die Restwärme, die er aus seiner aktiven Zeit gespeichert hat. Dieser heiße, aber inerte Kern ist nun ein Weißer Zwerg.

Weiße Zwerge haben typischerweise eine Masse, die vergleichbar mit der Sonne ist, aber einen Radius, der etwa dem der Erde entspricht. Ihre enorme Dichte führt zu einer starken Oberflächengravitation. Im Hertzsprung-Russell-Diagramm bewegen sich Weiße Zwerge von ihrer anfänglichen Position links des AGB-Astes weiter nach links unten, während sie langsam abkühlen und ihre Leuchtkraft abnimmt. Über Milliarden von Jahren kühlen sie weiter ab, bis sie schließlich zu einem Schwarzen Zwerg werden – einem hypothetischen Endzustand, der so kalt und dunkel ist, dass er keine messbare Strahlung mehr aussendet. Da das Universum noch nicht alt genug ist, existieren vermutlich noch keine Schwarzen Zwerge.

Es ist wichtig zu betonen, dass nicht alle Roten Riesen zu Weißen Zwergen werden. Sterne mit deutlich höherer Masse als die Sonne enden ihr Leben in einer Supernova-Explosion und hinterlassen entweder einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch. Die Entstehung eines Weißen Zwergs ist das Schicksal von Sternen mit einer Masse bis zu etwa 8 Sonnenmassen.