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Astronomie - Geheimnis des Gewichtsverlusts eines alternden Sterns enthüllt

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Astronomen ist mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO die bisher detailreichste Aufnahme des Hyperriesensterns VY Canis Majoris gelungen. Die Beobachtungen zeigen, wie unerwartet große Staubteilchen, die den Stern umgeben, es ihm ermöglichen, eine gewaltige Menge an Masse zu verlieren, sobald er zu sterben beginnt. Dieser Prozess, der damit jetzt endlich verstanden wurde, ist für solch gewaltige Sterne notwendig, um sie auf ihren explosiven Untergang als Supernovae vorzubereiten.
VY Canis Majoris ist ein stellarer Goliath, ein roter Hyperriese, einer der größten bekannten Sterne in der Milchstraße. Er besitzt die 30- bis 40-fache Masse der Sonne und ist 300.000 Mal leuchtkräftiger. In seinem derzeitigen Zustand würde der Stern die Umlaufbahn von Jupiter umfassen, da er sich in den letzten Phasen seines Lebens enorm ausgedehnt hat.
Die neuen Beobachtungen dieses Sterns wurden mit dem SPHERE-Instrument am VLT durchgeführt. Das System  Adaptiver Optik des Instruments korrigiert Bilder deutlich besser als frühere Adaptive Optiksysteme. Das ermöglicht es, Strukturen, die sehr nah an der hellen Lichtquelle liegen, detailliert beobachten zu können [1]. SPHERE zeigte deutlich, wie das hellleuchtende Licht von VY Canis Majoris Materiewolken aufleuchten lässt, die ihn umgeben.
Mit dem ZIMPOL-Modus von SPHERE konnten die Astronomen nicht nur tiefer in das Zentrum der Wolke aus Gas und Staub um den Stern hineinspähen, sondern konnten auch beobachten, wie das Sternenlicht durch die umgebende Materie gestreut und polarisiert wurde. Diese Messungen waren für die schwierige Bestimmung der Eigenschaften der Staubteilchen entscheidend.
Gründliche Auswertungen der Polarisationsmessergebnisse ergaben, dass diese Staubkörner mit einem Durchmesser von 0,5 Mikrometern vergleichsweise großen Partikeln entsprechen, was zwar winzig erscheinen mag, allerdings sind Körner dieser Größe etwa 50 Mal größer als die Staubteilchen, die sonst im interstellaren Raum gefunden wurden.
Während sie sich ausdehnen, verlieren massereiche Sterne große Mengen an Materie – jedes Jahr stößt VY Canis Majoris das 30-fache der Erdmasse von seiner Oberfläche in Form von Staub und Gas aus. Diese Materiewolke wird weiter nach außen gedrückt, bevor der Stern schließlich explodiert und ein Teil des Staubs vernichtet wird, während der Rest in den interstellaren Raum geschleudert wird. Diese Materie kann dann zusammen mit schwereren Elementen, die während der Supernovaexplosion entstanden sind, von der nächsten Generation an Sternen für die Entstehung von Planeten genutzt werden.
Wie die Materie in der oberen Atmosphäre in den Weltraum gestoßen wird, bevor der Stern explodiert, blieb lange ein Geheimnis – bis jetzt. Am ehesten schien als mögliche Erklärung der Strahlungsdruck in Frage zu kommen, also die Kraft, die vom Sternenlicht ausgeübt wird. Da dieser Druck sehr schwach ist, sind die großen Staubkörner für diesen Prozess unerlässlich, da sonst die Oberfläche nicht ausreicht, um einen nennenswerten Effekt herbeizuführen [2].
„Massereiche Sterne leben ein kurzes Leben”, erläutert Peter Scicluna vom Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics in Taiwan, der Erstautor des Fachartikels. „Wenn ihre letzten Tage gekommen sind, verlieren sie viel Masse. In der Vergangenheit konnten wir nur Vermutungen darüber aufstellen, wie das genau geschieht. Mit den neuen SPHERE-Daten haben wir jetzt aber große Staubkörner um den Hyperriesen gefunden. Sie sind groß genug, um vom starken Strahlungsdruck des Sterns weggestoßen zu werden, was den schnellen Massenverlust des Sterns erklärt.“
Das Vorhandensein solch großer Staubkörner, die so nah am Stern beobachtet werden konnten, bedeutet, dass die Wolke tatsächlich das sichtbare Licht des Sterns streuen und durch den Strahlungsdruck vom Stern weggestoßen werden kann. Durch die Größe der Staubkörner dürfte ein Teil davon die Strahlung, die durch den dramatischen Tod von Canis Majoris als Supernova entsteht, wahrscheinlich überleben [3]. Der Staub vermischt sich dann mit der interstellaren Materie in der Umgebung, was die Entstehung zukünftiger Generationen an Sternen fördert, und animiert diese Sterne dazu, Planeten zu bilden.
Endnoten
[1] SPHERE/ZIMPOL verwendet fortschrittlichste Adaptive Optik, um beugungsbegrenzte Abbildungen zu erstellen, die der theoretischen Grenze der Teleskope, die man nur erreichen könnte, wenn die Erdatmosphäre nicht vorhanden wäre, deutlich näher kommt als frühere Instrumente mit Adaptiver Optik. Diese Art der Adaptiven Optik ermöglicht es auch, deutlich lichtschwächere Objekte zu beobachten, die sich sehr nah an einem hellen Stern befinden.
Die Bilder dieser neuen Studie wurden zudem im sichtbaren Licht aufgenommen – also bei kürzeren Wellenlängen als im Nahinfrarotbereich, in dem frühere Bildgebungen mit Adaptiver Optik meistens durchgeführt wurden. Diese zwei Faktoren führen zu deutlich schärferen Bildern als frühere VLT-Bilder. Eine höhere räumliche Auflösung konnte mit dem VLTI erreicht werden, allerdings können mit dem Interferometer Bilder nicht direkt aufgenommen werden.
[2] Die Staubteilchen müssen groß genug sein, damit das Sternlicht sie wegstoßen kann, allerdings dürfen sie nicht so groß sein, dass sie einfach auf den Stern zurücksinken. Wenn sie zu klein sind, würde das Sternlicht gewissermaßen durch den Staub hindurchgehen; wenn sie zu groß sind, wäre der Staub zu schwer, um ihn wegzustoßen. Der Staub, den die Astronomen um VY Canis Majoris beobachtet haben, hat genau die richtige Größe, um vom Sternlicht am effektivsten nach außen getrieben zu werden.
[3] In astronomischen Maßstäben betrachtet, wird die Explosion schon sehr bald stattfinden, allerdings gibt es keinen Grund zur Sorge, da dieses dramatische Ereignis in den nächsten Hunderttausenden von Jahren nicht wahrscheinlich ist. Von der Erde aus betrachtet wird es sich um ein beeindruckendes Ereignis handeln – möglicherweise so hell wie der Mond – wird aber keine Bedrohung für das Leben hier darstellen.
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Diese Übersichtsaufnahme zeigt die Himmelsregion um den sehr hellen Hyperriesensterns VY Canis Majoris, einer der größten Sterne, die in der Milchstraße bekannt sind. Der Stern selbst erscheint in der Mitte des Bildes, das auch Wolken aus leuchtendem roten Wasserstoffgas, Staubwolken und den hellen Sternhaufen um den hellen Stern Tau Canis Majoris weiter rechts oben enthält. Das Bild wurde aus Aufnahmen des Digitized Sky Survey 2 erstellt.
Quelle: ESO
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