Je nach Art haben Sterne eine Lebensdauer von Hunderten von Millionen bis zu mehreren zehn Milliarden Jahren. Generell gilt: Je größer ein Stern ist, desto schneller verbraucht er seinen Vorrat an Kernbrennstoff, sodass die langlebigsten Sterne zu den kleinsten gehören. Die Sterne mit der längsten Lebensdauer sind Rote Zwerge; einige mögen fast so alt sein wie das Universum selbst.
Rote Zwergsterne
Astronomen definieren einen Roten Zwerg als einen Stern, der etwa das 0,08- bis 0,5-fache der Sonnenmasse hat und hauptsächlich aus Wasserstoffgas besteht. Ihre Größe und Masse sind im Vergleich zu anderen Sternentypen sehr gering; Obwohl Weiße Zwerge, Neutronensterne und andere Arten noch kleiner sein können, haben sie viel größere Massen. Während seiner normalen Lebensdauer beträgt die Oberflächentemperatur eines Roten Zwergs etwa 2.700 Grad Celsius (4.900 Grad Fahrenheit), heiß genug, um rot zu leuchten. Aufgrund ihrer geringen Größe verbrennen sie ihren Wasserstoffvorrat sehr langsam und werden theoretisch von 20 Milliarden bis 100 Milliarden Jahren alt.
Leuchtkraft und Lebensdauer
Die Lebensdauer eines Sterns hängt mit seiner Leuchtkraft oder Energieabgabe pro Sekunde zusammen. Die gesamte Lebensenergieabgabe eines Sterns ist seine Leuchtkraft multipliziert mit seiner Lebensdauer. Obwohl größere Sterne das Leben mit mehr Masse beginnen, ist ihre Leuchtkraft auch viel größer. Zum Beispiel hat die Sonne mit einer Oberflächentemperatur von 5.600 Grad Celsius (10.000 Grad Fahrenheit) eine gelbe Farbe. Durch seine höhere Temperatur und größere Oberfläche strahlt er pro Sekunde mehr Energie ab als ein Roter Zwerg; seine Lebensdauer ist auch kürzer. Astronomen gehen davon aus, dass die Sonne, die seit etwa 5 Milliarden Jahren konstant scheint, noch mehrere Milliarden übrig hat.
Kernfusion
Der Grund, warum Sterne Millionen bis Milliarden von Jahren leuchten, liegt in einem Prozess namens Kernfusion. Im Inneren eines Sterns komprimieren enorme Gravitationskräfte die leichten Atome im Kern, bis sie zu schwereren Elementen verschmelzen. Die meisten Sterne verschmelzen Wasserstoffatome und bilden Helium; Wenn einem Stern der Wasserstoff ausgeht, läuft er auf anderen Reaktionen, die die Elemente bis hin zu Eisen produzieren. Fusionsreaktionen setzen große Mengen an Energie frei – bis zu 10 Millionen Mal mehr als bei einer chemischen Verbrennung. Die Fusionsreaktionen treten jedoch selten auf, sodass der Brennstoff eines Sterns sehr lange hält.
Lebenszyklus von Sternen
Das Leben der meisten Sterne folgt einem vorhersehbaren Muster; sie bilden sich zunächst aus Taschen von Wasserstoff und anderen Elementen im interstellaren Raum. Wenn genügend Gas vorhanden ist, ziehen die Gravitationskräfte das Material in eine ungefähre Kugelform, und das Innere wird durch den Druck der äußeren Schichten dichter. Bei genügend Druck verschmilzt der Wasserstoff und der Stern leuchtet. Millionen bis Milliarden von Jahren später geht dem Stern der Wasserstoff aus und er verschmilzt Helium, gefolgt von anderen Elementen. Schließlich ist der Treibstoff des Sterns erschöpft und er kollabiert, was zu einer Explosion führt, die als Nova oder Supernova bezeichnet wird. Die Überreste des Sterns können je nach Originalgröße des Sterns zu einem Weißen Zwerg, Neutronenstern oder Schwarzen Loch werden. Mit der Zeit kühlen Weiße Zwerge und Neutronensterne ab und werden zu dunklen Objekten.