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ALMA
Wie die massereichsten Sterne wachsen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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2. November 2015

Wie erreichen Sterne Massen von mehr als dem Hundertfachen der Sonnenmasse? Schon länger haben Astronomen vermutet, dass Gas- und Staubscheiben rund um die jungen Sterne dabei eine wichtige Rolle spielen könnten. Jetzt hat ein Team von Astronomen tatsächlich eine stabile Scheibe rund um einen der massereichsten gerade entstehenden Sterne unserer Galaxie nachweisen können.

AFGL 4176

Künstlerische Darstellung der jetzt nachgewiesenen Gas- und Staubscheibe um den massereichen jungen Stern AFGL 4176. Bild: K. G. Johnston und ESO  [Großansicht]

Die Massen von Sternen liegen zwischen rund zehn Prozent der Masse unserer Sonne und dem mehr als Hundertfachen der Sonnenmasse. Entstehen all diese verschiedenen Sterne auf dieselbe Weise, unabhängig von der beachtlichen Variation ihrer Größe? Auf diese in den letzten Jahrzehnten durchaus umstrittene Forschungsfrage werfen nun aktuelle Beobachtungen ein neues Licht.

Die Astronomen unter der Leitung von Katharine Johnston von der Universität Leeds - darunter auch Thomas Robitaille, Henrik Beuther, Hendrik Linz und Roy van Boekel, die am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg arbeiten - fanden erstmals klare Hinweise auf eine stabile Gas- und Staubscheibe, die einen jungen sehr massereichen Stern umgibt.

Das Beobachtungsobjekt trägt die Katalognummer AFGL 4176 und ist ein sehr massereicher Stern im südlichen Sternbild Zentaur und rund 14.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Die inneren Regionen solcher gerade entstehenden massereichen Sterne sind hinter einer Hülle aus Gas und Staub verborgen. Mithilfe des ALMA-Observatoriums, das Beobachtungen im Millimeter- und Submillimeterbereich erlaubt, konnten die Astronomen aber in das Innere der Hülle blicken und dort eine scheibenartige, rotierende Struktur nachweisen.

Um diese Beobachtung zu bestätigen, bereiteten die Astronomen eine Art Gegenüberstellung vor: mehr als 10.000 simulierte Modellscheiben mit verschiedenen Eigenschaften. Simulierte Bilder und Spektren dieser "kosmischen Verdächtigen" wurden dann mit den Beobachtungsdaten verglichen. Die beste Übereinstimmung ergab sich für eine stabile Scheibe, für die sowohl der Gravitationseinfluss des Zentralsterns als auch jener der Scheibenmaterie selbst eine wichtige Rolle spielt.

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Der Scheibenradius ist rund 2.000-mal so groß wie der mittlere Abstand der Erde von der Sonne, bei einer Gesamtmasse der Scheibe von zwölf Sonnenmassen. Der Stern hat eine Masse von rund 25 Sonnenmassen. Solche Scheiben könnten eine Schlüsselrolle für das Wachstum massereicher Sterne spielen und insbesondere erklären, wie sich trotz des beträchtlichen Strahlungsdruck des jungen Sterns noch hinreichend viel zusätzliche Materie ansammeln kann, wie es für die Entstehung der massereichsten bekannten Sterne notwendig wäre.

Aber bislang hatten stabile Scheiben um die massereichsten Stern-Embryonen, Sterne vom sogenannten Typ O, nicht sicher nachgewiesen werden können - ob solche Scheiben als Erklärungsmöglichkeiten überhaupt infrage kamen, war daher unklar. Die Beobachtungen von Johnston und ihren Kollegen zeigen deutlich, dass zumindest eine der massereichsten Sterne überhaupt in gleicher Weise entstehen können wie ihre masseärmeren Verwandten - mit Mechanismen, die trotz der Unterschiede in Skalen und Zeitverlauf dieselben sind wie bei masseärmeren Sternen und mit Materie, die von einer Scheibe auf den wachsenden jungen Stern geleitet wird.

Die hohe Qualität der ALMA-Beobachtungen weckt zudem Erwartungen, dass sich auch weitere wichtige offene Fragen zur Entstehung massereicher Sterne mit dieser Art von Beobachtung klären lassen sollten. Allgemein sind direkte Vergleiche zwischen Beobachtungsdaten und den Vorhersagen von Simulationen der Sternentstehung von Interesse. Speziell für eine Besonderheit sehr massereicher Sterne hoffen die Astronomen, mithilfe derartiger Beobachtungen eine direkte Erklärung zu finden: Solche Sterne sind fast immer Teil von Doppel- oder Mehrfachsternsystemen. Hochaufgelöste Abbildungen der innersten Bereiche in den Frühphasen der Sternentstehung könnten direkt zeigen, wie sich die Vorläufer der verschiedenen Komponenten eines solchen massereichen Mehrfachsystems bilden.

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters erschienen ist.

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siehe auch
Massereiche Sterne: Hinweise aus Schlange und Ziegelstein - 16. Januar 2015
APEX: Die Kinderstuben der massereichsten Sterne - 14. Mai 2014
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Massereiche Sterne: Ähnlich entstanden wie unsere Sonne? - 15. Februar 2010
Sterne: Riesensterne brauchen Geburtshelfer - 28. Februar 2008
Sternentstehung: Wie große Sterne entstehen - 28. September 2006
VLT: Massereiche Sterne entstehen überall - 26. August 2002
NTT: Geburt massereicher Sterne im Omega-Nebel - 15. September 2000
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Astronomie
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