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STERNHAUFEN
Massereiche Sterne ins All geschleudert
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bonn
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8. April 2015

Die massereichsten Sterne einer Galaxie findet man oft weitab von jungen Sternhaufen, in denen diese stellaren Giganten eigentlich entstehen sollten. Wie erklärt sich also die beobachtete Verteilung? Durch umfangreiche Simulationen haben Astrophysiker nun zeigen können, dass sich massereiche Sterne wie Billardkugeln gegenseitig aus den Sternhaufen hinausschleudern.

NGC 3603

Der Sternhaufen NGC 3603 ist rund 20.000 Lichtjahre entfernt. Er hat wahrscheinlich bereits etwa acht seiner massereichen Sterne in die Milchstraße katapultiert. Bild: NASA, ESA, R. O'Connell, F. Paresce, E. Young, das WFC3 Science Oversight Committee und das Hubble Heritage Team (STScI/AURA) [Großansicht]

Unsere Sonne ist kein wirklich besonderer Stern. Sie ist zwar massereicher als die sogenannten Roten Zwergsterne, die die Mehrheit der Sterne in der Milchstraße bilden, doch gibt es auch Sterne, die die zehnfache oder gar hundertfache Masse unserer Sonne erreichen.

Diese massereichen Sterne können so hell strahlen, wie eine Million Sonnen und gehen entsprechend verschwenderisch mit ihrem Brennstoff um: Nach nur ein paar Millionen Jahren explodieren sie als Supernovae und hinterlassen Neutronensterne oder Schwarze Löcher.

"Die räumliche Verteilung dieser hellsten kurzlebigen Sterne in Galaxien ist von großer Wichtigkeit für die Astrophysik, weil die hellsten Sterne die Entwicklung von Galaxien bedeutend bestimmen", erklärt Prof. Dr. Pavel Kroupa vom Helmholtz-Institut für Strahlen und Kernphysik (HISKP) der Universität Bonn.

Unter Astronomen ist umstritten, wie und auch wo diese außerordentlich hellen Sonnen entstehen. Da man eine bedeutende Anzahl dieser Sterne fern von jedem bekannten jungen Sternhaufen findet, vertreten einige die These, dass solche Sterne sich quasi zufällig alleine dort gebildet haben. Andere sind dagegen der Auffassung, dass die Schwergewichte sich nur in dichten, sehr jungen Sternhaufen bilden können. "Wie erklärt man dann aber die großräumige Verteilung der schweren Sterne innerhalb unserer Galaxie", fragt Kroupa.

Der Wissenschaftler hat mit seinen Mitarbeitern Seungkyung Oh und Dr. Jan Pflamm-Altenburg nun eine umfassende Studie veröffentlicht, mit der diese Frage detailliert beantwortet werden soll. Über insgesamt drei Jahre haben sie dazu mithilfe von Computermodellen die Entwicklung von ganzen Populationen von Sternhaufen verfolgt, die etwa denen der Milchstraße gleichen. Die Ergebnisse dürften daher auch repräsentativ für milchstraßenähnliche Galaxien sein.

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Das Forscherteam konnte zeigen, wie sich die Verteilung der massereichen Sterne ergibt: Sie schleudern sich gegenseitig aus den Haufen heraus. "Die sehr jungen Sternhaufen wirken wie Beschleuniger, wie eine Art kosmischer Booster", erklärt Kroupa. In den sehr dichten Zentren der Haufen begegnen sich die umherschwirrenden Sternenschwergewichte häufig und tauschen dabei erhebliche Mengen an Bewegungs- und Gravitationsbindungsenergie aus. Die meisten dieser massereichen Sterne sind nicht als Einzelgänger unterwegs, sondern kreisen mit einem Sternenpartner wie bei einem Wiener Walzer sehr nah umeinander herum.

"All diese Tanzpaare sind durch die Gravitation aneinander gebunden und besitzen enorme Bindungsenergien", erläutert der Astrophysiker. Wenn sich solche Paare begegnen, brechen einige umeinander kreiselnde Partner auseinander, andere schmiegen sich aber noch enger aneinander - oder die Sterne verschmelzen sogar. In solchen Fällen nimmt die potentielle Energie zwischen den Partner noch mehr zu, die sich dann auch auf ein anderes Sternensystem oder einen Einzelstern übertragen kann.

Wie bei einem Billardspiel überträgt sich der Impuls der Kugeln aufeinander: Wenn viele Kugeln zusammenprallen, wird häufig eine mit hoher Geschwindigkeit aus der Ansammlung herausgeschossen. "Genauso fliegen wegen der Impulserhaltung alle involvierten Sterne aus dem Haufen - zum Teil mit großen Geschwindigkeiten", fasst Doktorandin Seungkyung Oh das Ergebnis zusammen.

So können Schwergewichtsterne mit mehr als einer Million Kilometern pro Stunde durch die Milchstraße rasen. Die meisten Sterne wandern dagegen nur mit rund 70.000 Kilometern pro Stunde, bezogen auf die anderen Sterne. "Diese von Doktorandin Oh erstellte Studie umfasst die weitaus größte Bibliothek von realistischen Sternhaufenmodellen, die jemals berechnet wurden", unterstreicht Kroupa.

Anhand von 2.200 detailliert berechneten Sternhaufen und ungefähr 23.000 Stunden Rechenzeit konnte das Forscherteam genaue Aussagen dazu machen, wie viele Sterne aus welcher Art von Haufen wann und mit welchen Geschwindigkeiten herausgeschleudert werden. "Die Detailliertheit der berechneten Daten übertrifft alles, was Wissenschaftlern in dieser Art bisher zugänglich war", betont Dr. Jan Pflamm-Altenburg.

Als besonders interessantes Ergebnis zeigte sich eine bisher unbekannte besonders starke Reaktion: Sternhaufen, wie der sehr junge Trapezhaufen im Schwert des Orions, schießen besonders viele ihrer massereichsten Sterne heraus; in einigen Fällen sogar alle. Das Forscherteam der Universität Bonn sieht die Ergebnisse als Bestätigung, dass massereiche Sterne nicht zufällig irgendwo in einer Galaxie entstehen können, obwohl man sie dort findet. "Diese Resultate sind für das Verständnis der Entwicklung der Galaxien von großer Bedeutung", so Kroupa.

Über ihre Resultate berichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal.

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siehe auch
Sternhaufen: Sterne am Gummiband - 28. Januar 2013
Sternhaufen: Was Doppelsterne über junge Sternhaufen verraten - 16. Mai 2012
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Universität Bonn
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