ALMA
Spiralstruktur um einen alternden Stern
von Stefan Deiters
astronews.com
10. Oktober 2012

Mit Hilfe des Radioteleskoparrays ALMA haben Astronomen eine Spiralstruktur im Material um den alternden Stern R Sculptoris entdeckt. Es ist das erste Mal, dass eine solche Struktur rund um einen Riesenstern dieser Art beobachtet wurde. Die Forscher vermuten, dass ein bislang unentdeckter Begleiter des alternden Sterns für die Spiralstruktur verantwortlich ist.

Visualisierung der ALMA-Beobachtungen von R Sculptoris. Bild: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)

Die in dieser Woche in einem Fachartikel in der Wissenschaftszeitschrift Nature vorgestellten Untersuchungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gehören mit zu den ersten wissenschaftlichen Resultaten des Verbunds von Radioteleskopen, der gegenwärtig in der Hochebene Chajnantor in Chile entsteht. ALMA, dessen offizielle Einweihung im März 2013 geplant ist, soll einmal aus 66 beweglichen Radioschüsseln bestehen. Doch schon mit den ersten aufgestellten Antennen lassen sich, wie die aktuellen Ergebnisse beweisen, interessante neue Beobachtungen machen.

Mit ALMA konnten die Astronomen im Gas rund um den Riesenstern R Sculptoris eine dort nicht erwartete Spiralstruktur erkennen und auch dreidimensionale Informationen über die Spirale gewinnen. Sie vermuten, dass ein bislang unbekannter Begleiter des Sterns Ursache für diese Struktur sein könnte. Verblüfft waren die Astronomen zudem über die Menge an Material, die der alternde Stern in die Umgebung abgestoßen hat.

"Zwar konnten bereits zuvor Schalen aus ausgestoßenem Material um diese Art von Sternen beobachtet werden, aber hier konnten wir erstmals eine Spirale aus Materie beobachten, die von dem Stern ausgeht und die von einer solchen Schale umgeben ist", erklärt Matthias Maercker von der ESO und vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, der Erstautor des Fachartikels. Bei früheren Beobachtungen von R Sculptoris wurde lediglich die Schalenstruktur, nicht aber die Spirale oder gar ein Begleiter entdeckt. 

"Als wir den Stern mit ALMA beobachtet haben, war noch nicht einmal die Hälfte der Antennen einsatzbereit", so Wouter Vlemmings von der Chalmers University of Technology in Schweden, der auch an der Untersuchung beteiligt war. "Es ist faszinierend, wenn man sich vorstellt, was das komplette Array leisten wird, wenn es 2013 fertiggestellt ist."

Sterne mit bis zur achtfachen Masse unserer Sonne blähen sich gegen Ende ihres nuklearen Lebens zu einem Riesenstern auf. In dieser sogenannten AGB-Phase (AGB steht für asymptotic giant branch, asymptotischer Riesenast, und bezieht sich auf einen Bereich im Hertzsprung-Russell-Diagramm, in dem die Entwicklung von Sternen beschrieben wird) verlieren sie einen beträchtlichen Teil ihrer Masse durch stellare Winde. Alle 10.000 bis 50.000 Jahre kommt es zudem zu einem explosiven Zünden von Helium in einer Schale rund um den Kern des Sterns, das man als thermischen Puls bezeichnet. Dabei wird noch deutlich mehr Material ins All abgestoßen und es bilden sich Schalen aus Gas und Staub rund um den Stern.

Die neuen Beobachtungen von R Sculptoris zeigen, dass sich hier ein solcher thermischer Puls vor rund 1.800 Jahren ereignet hat, der rund 200 Jahre andauerte. Der Begleitstern von R Sculptoris sorgte dann dafür, dass das abgestoßene Material eine Spiralstruktur bekam. "Durch die Leistungsfähigkeit von ALMA können wir feine Details erkennen und dadurch viel besser verstehen, was mit dem Stern vor, während und nach einem thermischen Puls passiert - einfach indem wir untersuchen, wie die Schale und die Spiralstruktur geformt sind", so Maercker. "Wir waren immer davon ausgegangen, dass uns ALMA einen neuen Blick ins Universum bietet, doch schon mit den ersten Beobachtungen auf etwas ganz Unerwartetes zu stoßen, ist schon aufregend."

Um die Struktur des Materials rund um R Sculptoris erklären zu können, haben die Astronomen auch Computersimulationen über die Entwicklung von Doppelsternsystemen durchgeführt, die in etwa der vermuteten Konstellation von R Sculptoris entsprechen. Die Ergebnisse stimmen ausgezeichnet mit den Daten von ALMA überein.

"Es ist schon eine Herausforderung, die detaillierten Beobachtungen von ALMA mit unseren Theorien zu beschreiben, doch unsere Computermodelle zeigen, dass wir auf einem guten Weg sind", so Shazrene Mohamed vom Argelander-Institut und dem South African Astronomical Observatory. "ALMA gibt uns hier einen neuen Einblick in die Vorgänge in diesen Sternen und damit auch einen Vorgeschmack darauf, was mit unserer Sonne in einigen Milliarden Jahren passieren könnte."