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Donnerstag, 30. Juli 2015 - 10:45 Uhr

Astronomie - Erster Nachweis von Lithium in einem explodierenden Stern

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Erstmals konnte das chemische Element Lithium in der ausgestoßenen Materie einer Nova nachgewiesen werden. Beobachtungen von Nova Centauri 2013 mit Teleskopen des La Silla-Observatoriums der ESO und in der Nähe von Santiago de Chile helfen bei der Aufklärung des Rätsels, warum so viele junge Sterne mehr von diesem Element enthalten als erwartet. Diese Entdeckung liefert ein seit langem fehlendes Teil im Puzzle der chemischen Entwicklungsgeschichte unserer Galaxie und ist ein großer Fortschritt für das Verständnis des Mischungsverhältnisses der chemischen Elemente in den Sternen unserer Milchstraße.
Das leichte chemische Element Lithium ist eines der wenigen Elemente, das nach unserer Modellvorstellung auch beim Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren entstanden ist. Aber die Mengen an Lithium, die wir heute in den Sternen unserer kosmischen Nachbarschaft finden, bereiten den Astronomen Kopfzerbrechen. Ältere Sterne weisen weniger Lithium auf als erwartet [1], während einige jüngere Sterne bis zu zehn mal soviel davon enthalten [2].
Seit den 1970er Jahren vermuten Astronomen schon, dass das überschüssige Lithium der jungen Sterne in Novae entstanden sein könnte – bei Sternexplosionen, die Materie in den Raum zwischen den Sternen ausstoßen, wo es dann zur Entstehung der nächsten Sterngeneration beiträgt. Aber selbst gründliche Studien an Novae konnten bisher noch keinen klaren Hinweis darauf liefern.
Ein Team unter der Leitung von Luca Izzo von der Sapienza-Universität in Rom und ICRANet, im italienischen Pescara hat jetzt mit dem FEROS-Spektrografen am MPG/ESO 2,2-Meter Teleskop am La Silla Observatorium sowie dem PUCHEROS-Spektrografen am 0,5-Meter Teleskop der ESO an der Sternwarte der Pontificia Universidad Catolica de Chile in Santa Martina bei Santiago die Nova Centauri 2013 (V1369 Centauri) untersucht [3]. Dieser Stern des Südhimmels, der in der Nähe des hellen Sterns Beta Centauri steht, explodierte im Dezember 2013 und war bis jetzt die hellste Nova dieses Jahrhunderts – und leicht mit bloßem Auge zu beobachten.
Die sehr umfangreichen neuen Daten zeigten ganz klar den Fingerabdruck von Lithium, das sich mit zwei Millionen Kilometern pro Stunde von der Nova entfernt [4]. Das ist der erste Nachweis dafür, dass dieses Element von einer Nova ausgeworfen wird.
Koautor Massimo Della Valle vom INAF - Osservatorio Astronomico di Capodimonte in Neapel und ICRANet erklärt die Bedeutung dieser Entdeckung: „Das ist ein sehr wichtiger Fortschritt. Wenn wir die Entwicklungsgeschichte der chemischen Elemente in unserer Milchstraße mit einem großes Puzzle vergleichen, dann war der Fund von Lithium in einer Nova einer der wichtigsten und schwierigsten noch fehlenden Steine in diesem Puzzle. Außerdem bleibt jedes Modell des Urknalls solange fragwürdig, bis die Lithium-Frage verstanden ist.“
Die Masse des ausgestoßenen Lithiums in Nova Centauri 2013 ist nach Schätzungen nur sehr klein (weniger als ein Milliardstel der Sonnenmasse). Da es aber in der Geschichte der Milchstraße schon viele Milliarden Novae gegeben hat, erklärt dies hinreichend die beobachtete und unerwartet hohe Lithiumkonzentration in unserer Heimatgalaxie.
Luca Pasquini von der ESO in Garching und Massimo Della Valle suchen bereits seit einem Vierteljahrhundert nach Spuren von Lithium in Novae. Dies ist jetzt der Abschluss einer langen Suche. Und für den jüngeren Teamchef gibt es noch ein weiteres Erfolgserlebnis:
„Es ist schon toll, etwas zu finden, das schon vor meiner Geburt vorhergesagt wurde, und es dann erstmals an meinem Geburtstag im Jahr 2013 zu beobachten!“, sagt Luca Izzo.
Endnoten
[1] Der Mangel an Lithium in älteren Sternen ist ein schon lange ausstehendes Rätsel. Ergebnisse zu diesem Thema findet man in folgenden Pressemitteilungen: eso1428, eso1235 und eso1132.
[2] Genauergesagt werden die Begriffe „jünger“ und „älter“ für das verwendet, was die Astronomen als Sterne der Population I und Population II bezeichnen. Unsere Sonne zum Beispiel gehört zur Population I; diese umfasst Sterne mit einem hohen Gehalt an schwereren chemischen Elementen und diese sind vorwiegend in der Scheibenebene der Milchstraße zu finden. Die Sterne der Population II sind älter, enthalten nur wenig schwere Elemente und befinden sich vorwiegend im zentralen Bereich, im Halo der Milchstraße und in Kugelsternhaufen. Sterne der „jüngeren“ Population I können dennoch einige Milliarden Jahre alt sein!
[3] Diese vergleichsweise kleinen Teleskope stellen leistungsfähige Werkzeuge für diese Art von Forschung dar, wenn sie mit einem geeigneten Spektrografen ausgerüstet sind. Auch in der Ära der Großteleskope können solche kleineren Teleskope sehr wertvoll für die Lösung spezifischer Aufgaben sein.
[4] Diese hohe Geschwindigkeit von der Nova in Richtung Erde bedeutet, dass die Absorptionslinie von Lithium im Spektrum erheblich zum blauen Ende hin verschoben ist.
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Nova Centauri 2013 von La Silla aus
Alpha und Beta Centauri, zwei der hellsten Sterne am südlichen Himmel, hatten Ende 2013  einen neuen Begleiter – die mit bloßem Auge sichtbare Nova Centauri 2013.
Dieses Foto wurde von ESO-Fotobotschafter Yuri Beletsky auf dem La Silla-Observatorium in der chilenischen Atacamawüste am Montag dem 9. Dezember 2013 in den Morgenstunden aufgenommen.
Die Nova wurde am 2. Dezember 2013 von John Seach in Australien entdeckt, als sie mit bloßem Auge erkennbar wurde. Nova Centauri 2013 ist die bisher hellste Nova in diesem Jahrtausend.
Dieses spezielle Ereignis wird als klassische Nova bezeichnet und sollte nicht mit einer Supernova verwechselt werden. Klassische Novae entstehen in Doppelsternsystemen, wenn Wasserstoffgas von dem stellaren Partner eines Weißen Zwergsterns auf dessen Oberfläche gezogen wird und dann mit einer unkontrollierten thermonuklearen Reaktion für einen Helligkeitsanstieg des Weißen Zwergs sorgt. Bei einer klassischen Nova wird dieser Stern nicht wie im Fall einer Supernova zerstört. Stattdessen steigt die Helligkeit des Sterns bei gleichzeitiger Ausdehnung einer Hülle aus Staub an.
Die Nova ist im Bild knapp links von Beta Centauri zu sehen, der hellere und höher liegende der beiden Sterne am rechten unteren Teil des Bildes. Ebenso sind das Kreuz des Südens und der Kohlensack nahe des oberen Bildrands eingefangen.
Links im Vordergrund befindet sich das im Jahr 1976 eingeweihte 3.6-Meter Teleskop der ESO mit dem HARPS-Spektrografen, der weltweit erfolgreichsten Maschine zur Jagd auf Exoplaneten. 600 km nördlich von Santiago de Chile in einer Höhe von 2400 Metern in den Ausläufern der chilenischen Atacama gelegen, war La Silla die erste ESO-Anlage in Chile und das damals größte Observatorium seiner Zeit.
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Die Position der Nova Centauri 2013
Diese Aufsuchkarte zeigt die Position der Nova Centauri 2013 (roter Kreis) im Sternbild Centaurus (der Zentaur). Alle mit bloßem Auge in einer dunklen, klaren Nacht sichtbaren Sterne sind verzeichnet. Die Nova brach Ende 2013 aus und war ohne Teleskop beobachtbar. Die sorgfältige Untersuchung ihres Lichts hat die ersten Spuren des Elements Lithium in einer Nova überhaupt sichtbar gemacht.
Herkunftsnachweis:
ESO/IAU and Sky & Telescope
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Quelle: ESO

Tags: Astronomie 

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