2.2.2. Kohärenz zur Bewegung des Sterns im Hertzsprung-Russell-Diagramm

2.2.3. Aufbau eines Protosterns

2.2.4. Betrachtung der Dichteaberration im Laufe der Zeit

2.2.5. Temporale Abhängigkeit des Protosternradius

2.2.6. Vorgänge innerhalb der kontrahierenden Wolke (detailliert)

2.2.7. Beziehungen zu den T-Tauri-Sternen / Überleitung zu den Eruptivveränderlichen

2.2.1. (...) Nachdem die für die Kontraktion als Energiefreisetzungsprozeß nötigen Vorraussetzungen, die in der vergeblichen Kompensation des Gravitationsdrucks durch den Gas- und Strahlungsdruck begründet liegen, erfüllt sind, beginnt die Wolke interstellarer Materie in sich zusammenzufallen (Gravitationskollaps). Dieser Vorgang geht vom Zentrum derselben aus, das bald spezifische Dichtekonzentrationen erreicht, die eine Durchsichtigkeit für die visuelle Strahlung unmöglich machen. Die Abstrahlung der aus der Umwandlung von Gravitationsenergie resultierenden Wärmeenergie kann nur noch bedingt gewährleistet werden, die kontrahierende Masse heizt sich auf, der Innendruck des Kerns steigt an. Der Fallbewegung wird Einhalt geboten. Die kinetische Energie der ständig nachfallenden Hüllenmaterie wandelt sich beim Aufprall auf den Kern in Wärme um. Im Sichtbaren ist der als Protostern bezeichnete Kern nicht zu erkennen, da die in der sich verdichtenden Hülle entstehenden Staubkörner dessen Lichtabstrahlung verhindern. Doch ist es durch mit infrarotempfindlichen Kameras ausge- rüsteten Satelliten möglich, die von der Hülle nicht absorbierte Radiostrahlung zu empfangen. Die Technik ermöglicht es uns, die von der den Protostern umgebenden komprimierten und undurchsichtigen Hülle in Form von Infrarot reemitierte absorbierte visuelle Strahlung desselben zu empfangen und läßt infolgedessen auf die Leuchtkraft des nicht direkt beobachtbaren Proto- sterns, welche gegebenenfalls an das Zehn- und Hunderttausendfache der Leuchtkraft unserer Sonne heranreicht, schließen. In diesem Fall wäre voraussichtlich von einem sich zu einem von immens heißer Temperatur geprägten Stern der Spektralklasse O entwickelnden massereichen Protostern die Rede. Lag am Anfang noch ein Komplex mit einer Temperatur von -170°C vor, so werden in seinem Zentrum im Laufe der Zeit 10 Millionen °C überschritten, die imgrunde die Kernbedingungen für das Zünden von Fussionsprozessen darstellen.
 
 

2.2.2. Die Phase des freien Falls ist in Form einer grauen Linie gekennzeichnet, die nach dem Erreichen ihrer 'Amplitude', die den Übergang zur Lichtundurchläßigkeit darstellt und in Kohärenz mit einem Ausbruch langwelliger Infrarotstrahlung (20-30 Mikrometer - die bolometrische Leuchtkraft der Sonne wird um ein Tausendfaches überschritten) zu stellen ist, unter Verringerung der Leuchtkraft des Sterns infolge der sich erhöhenden Dichtekonzentration 'schnell' abfällt. Die Tatsache, daß die Kurve in gleichem Maße wieder ansteigt, liegt in der Transformation der mechanischen Energie der Konvektions- ströme (Energietransportmechanismus im Inneren von Sternen) in Strahlungsenergie begründet. Der schraffierte Bereich stellt eine Leuchtkraft des Protosterns im Maximum eines zweiten Strahlungsausbruchs kurzwelliger Infrarotstrahlung (1-2 Mikro- meter) dar, die Konvektion hat sich über das gesamte Proto- sternvolumen ausgedehnt. Die fortwährende Abnahme der Leuchtkraft des kontrahierenden Protosterns ist auf die Ver- ringerung seines Radius nach folgender Beziehung zurückzu- führen: L ist indirekt proportional zum Quadrat des Radius.  Diese wird von einer Erhöhung der Kerntemperaturen auf einige Mio. Kelvin begleitet, thermonukleare Reaktionen leich- ter Elemente (Lithium, Beryllium, Bor) werden einsetzen. In dieser letzten Phase der Kurve tritt während der Abnahme der Leuchtkraft kein gravierender Niveauunterschied im Hinblick auf die Oberflächentemperatur ein. Die Tatsache, daß diese  nahezu unabhängig von der Leuchtkraft und bedingt abhängig von der Masse [...] ist, hat zur Folge, daß die Temperatur an der von Konvektion erfaßten Photosphäre im Vorhauptrei- henstadium nahezu konstant bleibt. Längs der Hajaschi-Linie, die für Sterne gegebener Masse und Leuchtkraft eine minimale effektive Oberflächentemperatur bzw.einen maximalen Radius  charakterisiert, bewegt sich der 'Stern' im hydrostatischen Gleichgewicht, einem unter dem Erreichen einer spezifischen Temperatur von der Kompensation zwischen Gravitations-  und Gasdruck geprägten Zustand, auf die Hauptreihe zu.War vorher die Kontraktion als Energiefreisetzungsprozeß für den Stern essentiell, da die Umwandlung von Energie im Inneren nicht ausreichte, um ein hydrostatisches Gleichgewicht zu erwirken, so steigen die für die Ingangsetzung von Fusions- prozessen entscheidenden Temperaturen im Kerinneren weiter an. Schließlich findet dieses relativ kurz währende Stadium (ausgehend von der immensen Evolutionszeit, für masse- reichere Sterne lediglich einige hunderttausend Jahre) im Auf- treffen des Sterns, dessen Lokalisation durch seine Anfangs- masse determiniert ist, auf der Hauptreihe sein Ende, Prozesse, wie die pp-Reaktion (zurückzuführen auf geringe Masse) bzw. der CNO- Zyklus (massereicher) setzen ein.  Das zweite HRD, in dem die effektive Oberflächentemperatur und der Quotient aus Leuchtkraft und Sonnenleuchtkraft,  logarithmisch aufgetragen, miteinander korreliert werden, gibt zusätzlich Aufschluß über die Entwicklung von Protosternen  unterschiedlicher Masse(n), welche am rechten Bildrand faktoriell in Sonnenmassen angegeben sind, und deren Zeitdauer, die nahe der Hauptreihe angetragen die Etappe von der Kompression bis zum Eintritt in das Hauptreihenstadium darstellt. Wie aus dem Diagramm zu entnehmen, ist es infolge übereinstimmender der Charakteristika möglich, in bezug auf massreichere Protosterne in ihrem Endstadium (Leuchtkraft nahezu const.) von Riesensternen in relativ jungen Assoziationen zu sprechen. Es darf jedoch nicht außer Acht gelassen werden, daß deren Häufigkeit infolge der kurzen Entwicklungsdauer gegenüber massearmen Protosternen nicht besonders groß zu sein scheint.

 
2.2.3. Struktureller Aufbau einer Protosternwolke
Vordergründig ist zu erwähnen, daß die Struktur der Wolke über den gesamten Zeitraum der Massezunahme ihres Kerns keinen wesentlichen Änderungen unterworfen ist. An die äußere Hülle, deren Ausdehnung sich aufgrund des fortwährenden Akkretionsprozesses (Einfall von Materie), bei nahezu stagnierender Temperatur, verringert, schließt sich die 'Staubphotospäre' an. Sie ist durch eine Erhöhung der Temperatur der aus der nachfallenden stammenden Teilchen auf einige 100 K aufgrund der vom Wolkerkern ausgesandten Strahlung geprägt, deren Resultat in einer infrarote Quanten emittierenden Oberfläche begrün- det liegt. Die innere Grenze der Staubphotosphäre bildet die Staubzerfallsfront, die infolge ihrer hohen Temperatur von 2000 K durch den Zerfall der Staubteilchen determiniert ist. Hinter der auf sie folgenden Zone der Durchsichtigkeit verbirgt sich die in Korrelation mit einer fortwährenden Dichtezunahme stehende undurchsichtige 'Gasphotosphäre', der sich dieAblagerungszone und letztendlich der Wolkenkern, als "Protostern" bezeichnet,  anschließt. Nach ungefähr hunderttausend Jahren endet die Akkretion, die bis zu diesem Zeitpunkt die Hauptenergiequelle für die Strahlung darstellte, entweder infolge des vollständigen Auftreffens der Hülle oder der sie nach außen drängenden Photonen- und Teilchenstrahlung. Berechnungen zufolge ist nach ca. 10 Jahren die gesamte Hüllenmaterie zum Kern vorgedrungen und die Leuchtkraft des Protosterns auf das Siebzigfache und dessen Radius auf das Fünffache im Vergleich zu denen die Sonne als Ganzes charakterisierenden Zustandsgrößen angestiegen. Zwei Tatsachen sind am Ende zu konstatieren: Die Protosonne ist uns infolgedessen 'visuell' zugänglich; ihre Leuchtkraft verringert sich bei auf 4200 K abfallender Temperatur um ein Zehnfaches. Aufgrund der Verschmelzung des Wasserstoff- isotops Deuterium erstrahlt sie uns noch einige tausend Jahre im gleichen Licht. Nach der Verbrennung desselben erfolgt eine Kompression im Zentrum des Protosterns (während seine Leuchtkraft abnimmt), die so hohe Temperaturen und Dichtekon- zentrationen bedingt, daß atomare Reaktionen einsetzen... Zu seiner Stabilisation auf der Hauptreihe werden weitere [30] Mio. Jahre vergehen.

2.2.4. Änderungen der Dichte nach Einsetzen des Gravitationskollaps
In bezug auf die Änderungen unterworfene Dichtekonzentration innerhalb einer Protosternwolke soll uns die folgende Ab- bildung nähere Informationen liefern. Erstere zeigt eine kurz vor dem Gravitationskollaps stehende Wolke sonnenähnlicher Masse, die in allen Gebieten eine als konstant betrachtete Dichte orthogonal durch die Wolke aufweist (als Ausgangsdichte wurde der Einfachheit halber die Dichte 1 angenommen). Im zweiten Schema ist deutlich zu erkennen, daß nach 390000 Jahren die Dichtekonzentration in den zentralen Gebieten erheblich angestiegen ist. Letztere Bilder weisen auf die Existenz eines stark komprimierten, undurchsichtigen Wolkenkerns (anfänglicher Protostern) hin, der vom Materieeinfall (Akkretion) gezeichnet ist   (unten rechts: tausendfache Vergrößerung).
 

 In Verbindung mit der Dichte stellt sich ferner die Frage, inwiefern der Radius der Wolke in Mitleidenschaft gezogen wird.
 

2.2.5. Das dritte Schema zeigt uns die temporale Abhängigkeit  des Radius eines Protosterns sonnenähnlicher Masse von Anbeginn des Stadiums des freien Falls bis zum Eintritt in das Hajaschi-Stadium {bereits erwähnte Phase der Protostern- entwicklung, die sich durch große Temperaturdifferenzen zwischen inneren und äußeren Gebieten desselben auszeich- net; die bei eingeschränkten Energietransportmechanismen eintretende Konvektion, die dem Transport der bei der Kom- pression der zentralen Gebiete freiwerdenden Gravitations- energie in den Weltraum dient, muß aus diesem Grund die mechanische Energie der Strömungsbewegungen in der Pho-  tosphäre in Strahlungsenergie transformieren. Lag unlängst noch eine äußerst kalte interstellare Wolke einer Dichte von lediglich 10 Wasserstoffmolekülen pro Kubikzentimeter vor, so hat sich im Laufe der Zeit eine mittlere Teilchenkonzentra-  tion von 1012 Wasserstoffmolekülen je Kubikzentimeter herausgebildet, der Radius derselben ist mit dem Bahnradius (...) des Planeten Pluto gleichzusetzen. Das Stadium der Kondensation des Gas-Staub-Komplexes, auch als Stadium des freien Falls bezeichnet, erreicht, 'setzt' im Vergleich zur vorherigen Etappe eine kurze, zehnjährige Kompression 'ein', die den Protostern auf ein Hundertstel seiner bisherigen Größe, nahe des Bahnradius des Merkur, kontrahieren läßt. Die Tatsache, daß der Protostern infolge der erhöhten Dichte- konzentration (von ihr wird später die Rede sein ) für die eigene Infrarotstrahlung undurchlässig wird, läßt eine Ver-  langsamung des Kontraktionsprozesses, der nach weiteren Millionen von Jahren mit dem Auftreffen des Protosterns auf der Hauptreihe endet, konstatieren, der Eintritt in das in hin- reichendem Maße von der Konvektion geprägte Hajaschi- Stadium ist abgeschlossen.

 
2.2.6. Prozesse innerhalb der kontrahierenden Protosternwolke
In letzter Instanz ist es uns noch einmal der Anlaß, die Kompression eines massereichen Gas-Staub-Komplexes gesondert zu betrachten, um den Einblick in die stellare Kosmogonie, die immer noch Kontroversen unterworfenen Lehre von der Entstehung des Universums und infolgedessen stellarer und interstellarer Gegebenheiten, zu vertiefen.
Sich auf die Theorie stützende Berechnungen über Protosternwolken mit Ausgangsmassen von 150, 50 und 20 Sonnenmassen legten aufgrund des Resultats, welches belegte, daß dieselben in bezug auf ihre Lokalisation auf der Hauptreihe lediglich ent- sprechende Massenwerte von 36, 17 und 12 Sonnenmassen aufwiesen, die Schlußfolgerung nahe, daß nur ein gewisser Teil der ursprünglichen Wolke von der Kondensation determiniert ist und der Rest indes Hüllenformationen bildet. Die Ausführun- gen stützten sich auf die Annahme, daß die kontrahierende Wolke einen ursprünglichen Radius von ungefähr 10¹⁶ m besäße und Rotation und bestehende Magnetfelder nicht existent wären, was aber infolge übereinstimmender Beobachtungen keinen Zweifel an den Erkenntnissen über die explizit zu behandelnden Etappen der Protosternentwicklung aufwirft.
Zusammenfassend ist zu konstatieren: Ausgehend davon, daß sich nach einigen hunderttausend Jahren im Wolkeninneren ein sternförmiger, extrem heißer Kern instandgesetzt worden ist, hat sich ein komprimierter, optisch undurchlässiger (innerer) Kokon herausgebildet, dessen 500 K heiße äußere Gebiete eine Beobachtung desselben als Infrarotquelle ermöglichten, derweil jedoch die (äußerst) kalte außerhalb des Kokons befindliche interstellare Materie die Abstahlung unterbindet. Den nach einigen zehntausend Jahren aus der Expansion der äußeren Wolkenschichten, deren Kontraktion aufgrund der sich (resultierend aus dem von der Infrarotstrahlung immenser Intensität (bis zu tausend Sonnenleuchtkrafteinheiten) auf das hüllenbeinhaltende Gas-Staub-Medium ausgeübten Druck) komprimierenden Hülle zum Stillstand gelangt, hervorgehende äußere Kokon macht, während der innere ebenfalls expandiert, infolge einer spontanen Verringerung seiner Dicke eine Aussendung der Infrarot- quanten, ausgehend von dem kompakten und im Vergleich zum äußeren sehr heißen inneren Kokon, und somit ein Sichtbar- werden der Strahlungsquelle möglich (als Beispiel sei der Orionnebel erwähnt [siehe auch obiges, erstes Diagramm bezüglich FU Orionis]). Bis zu diesem Zeitpunkt stellte der innere Kokon unlängst ein H-I-Gebiet dar, dessen Medium im Gegensatz zu seinem im Laufe von lediglich einigen tausend Jahren aufgrund der veringerten Dicke der Ausdehnung eines H-II-Gebietes keinen Einhalt gebietenden späteren Stadium (Hauptreihenstadium) (zurückzuführen auf die Expansion des in ihm zunächst nur geringfügig versammelten ionisierten Gases bzw. mit letzterem in Kohärenz stehendem Radiostrahlungsflusses aufgrund der hohen Temperaturdifferenz sowie der durch die Ionisation des Wasserstoffs hervorgerufenen Verdoppelung der Teilchenanzahl - es resultiert in bezug auf das es umgebende H-I-Gebiet ein 2*10²facher Überdruck) von neutral vorliegendem Wasserstoff dominiert wurde. {Folglich ist die Verhinderung der Durchdringung des Kokons durch die ionisierte ultraviolette Strahlung des Protosterns, ausgehend von der Absorption, die Linien der Wellenlänge unter 122 nm (Lyman-Serie) umfaßt, durch die Wasserstoffatome, nicht mehr gewährleistet.} Das den äußeren Kokon erfüllende kompakte H-II-Gebiet, von kaltem, nicht im ionisierten Zustand befindlichem Gas umgeben, expandiert weiter und erreicht schließlich die innere Grenze desselben, das H-II-Gebiet und eine es umfließende Infrarotquelle ist dem Beobachter zugänglich. Nachdem die Ionisation des äußeren Kokons abgeschlossen ist, wird von einem H-II-Gebiet neuen Typs gesprochen, das aufgrund seiner Ausdehnungskapazität und der damit verbundenen sich verringernden Dichtekonzentration einer Abnahme der Flächenhelligkeit, der über alle Frequenzen integrierten Strahlungsflußdichte (Strahlungsleistung pro Flächeneinheit), unterworfen ist. Letztendlich bildet es ein normales augedehntes H-II-Gebiet, indem die Ionisationsfront auf die die Wolke umgebende Materie übergreift und dessen mittlere Lebensdauer sich Schätzungen zufolge nur auf 5*10⁵ a beläuft (bei einer Sichtbarkeitsdauer von weniger als 10⁴ a).

Anmerkung: Wie erwähnt, ist der Masseunterschied zwischen dem Wert der Ausgangswolke und dem des letztendlich entstehenden Sterns für masseärmere Gas-Staub-Komplexe nur ein geringfügiger. Aufgrunddessen ist diese Beschreibung der Kontraktionsphasen nicht zwangsläufig auf masseärmere Protosternwolken anwendbar, da die Existenz des äußeren Kokons nicht bestätigt werden kann (eine Aussendung der Infrarotstrahlung des inneren Kokons ist gewährleistet).
 

2.2.7. T-Tauri-Sterne
(...) Als Repräsentanten der Protosterne gelten die in Assoziationen, anormalen Anhäufungen von Sternen einheitlichen Typs, verbunden mit zirkumstellaren Medien (großen Dunkelwolken oder kleineren leuchtenden Gasnebeln) anzutreffenden T-Tauri-Sterne, welche Anlaß geben, von in der letzten Kontraktionsphase der Vorhauptreihenentwicklung (demnach relativ jung: 10⁵ bis 10⁷ a) befindlichen Eruptivveränderlichen zu sprechen.

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