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Massereiche Sterne ins All geschleudert
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Bonn
astronews.com
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.
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.
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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