Subatomare Teilchen
Auch wenn Astrophysiker die größten Objekte im Universum betrachten, kann man nicht verstehen, wie sie funktionieren, wenn man nicht auch die kleinsten Objekte im Universum versteht. Das sind Teilchen, die noch kleiner sind als ein einzelnes Atom und daher subatomare Teilchen genannt werden. Wie Sie vielleicht wissen, bestehen Atome aus einem Kern, der von kreisenden Elektronen umgeben ist. Der Kern eines Atoms besteht aus Protonen und Neutronen. Daneben gibt es noch viele andere subatomare Teilchen, die wir kennen müssen, um das Innenleben eines Sterns zu verstehen.
Protonen
Protonen sind einer der Grundbausteine, aus denen Atome bestehen. Das einfachste Atom, ein Wasserstoffatom, besteht nur aus einem Proton, das von einem einzigen Elektron umkreist wird. In Sternen ist der meiste Wasserstoff ionisiert (er hat sein Elektron verloren), was bedeutet, dass wir, wenn wir über Wasserstoff in Sternen sprechen, normalerweise nur über Protonen reden.
Protonen sind für subatomare Teilchen ziemlich groß und schwer, und sie tragen eine positive Ladung.
Neutronen
Neutronen sind den Protonen sehr ähnlich, da sie sich im Kern eines Atoms befinden und ziemlich groß sind. Im Gegensatz zu Protonen hat ein Neutron jedoch keine Ladung. Neutronen sind bei der Bildung von Atomen wichtig, weil sie zur Stabilisierung des Kerns beitragen. Ein Atom, das zu viele oder zu wenige Neutronen hat, hält im Allgemeinen nicht sehr lange und zerfällt einfach in kleinere Atome, die stabiler sind.
Elektronen
Elektronen sind negativ geladene Teilchen, die im Allgemeinen den Kern eines Atoms umkreisen. Elektronen sind viel kleiner als Protonen oder Neutronen. Obwohl sie so klein sind, ist ihre Ladung so stark wie die eines Protons, was bedeutet, dass sich ein Proton und ein Elektron die Waage halten.
Auch wenn es normalerweise keine Elektronen im Atomkern gibt, gibt der Atomkern gelegentlich ein Elektron in einem Prozess ab, der als Beta-Zerfall bekannt ist. Dabei verwandelt sich ein Neutron in ein Proton und ein Elektron wird freigesetzt, um die Ladungen auszugleichen. Auch der umgekehrte Fall kann eintreten: Der Kern eines Atoms kann ein Elektron aufnehmen und ein Proton in ein Neutron verwandeln. Dies wird als Elektroneneinfang bezeichnet.
Positronen
Positronen sind Teilchen der Antimaterie. Sie sind das Antimaterie-Äquivalent zum Elektron, das heißt, sie sind kleine, positiv geladene Teilchen. Positronen entstehen bei der Wasserstofffusion, wo sie den Protonen die positive Ladung entziehen, so dass sie zu Neutronen werden können. Da Positronen jedoch Antimaterie sind, kommen sie normalerweise nicht sehr weit. Sobald ein Positron mit einem Elektron in Berührung kommt (von denen es in den meisten Atomen viele gibt), vernichten sich die beiden Teilchen gegenseitig und setzen dabei Gammastrahlen frei.
Neutrinos
Neutrinos sind sehr kleine, neutral geladene Teilchen. Sie sind noch massearmer als Elektronen und Positronen. Da sie so klein sind und nicht mit elektromagnetischen Feldern wechselwirken, durchdringen Neutrinos in der Regel feste Materie, so dass sie nur sehr schwer zu entdecken sind. Sie tragen Energie in Form ihrer eigenen kinetischen Energie aus den Reaktionen mit. Da es sehr unwahrscheinlich ist, dass diese winzigen Teilchen auf ihrem Weg aus dem Stern mit anderen Teilchen in Wechselwirkung treten, tragen sie ihre Energie im Allgemeinen in den Weltraum hinaus.
Die einzige Zeit, in der Neutrinos wirklich viel mit anderen Teilchen reagieren, ist während großer Neutrinoausbrüche, wie sie bei einer Supernova auftreten. Bei einer Supernova werden so viele Neutrinos freigesetzt, dass sie mit anderen Teilchen zusammenstoßen, enorme Energiemengen übertragen und neue Fusionsreaktionen in Gang setzen.
Gammastrahlen
Gammastrahlen sind Photonen, also Lichtteilchen, mit extrem hoher Energie. Gammastrahlen haben keine Masse, aber sie können enorme Energiemengen transportieren und trotzdem mit anderen Teilchen wechselwirken. Das macht Gammastrahlen zu einer der gefährlichsten Strahlungsarten für den Menschen.