Hubble findet Hinweise auf den Zerfall eines Mehrfachsternsystems

Kompositbild des Kleinmann-Low-Nebels in optischen und infraroten Wellenlängen (NASA, ESA / Hubble)
Kompositbild des Kleinmann-Low-Nebels in optischen und infraroten Wellenlängen (NASA, ESA / Hubble)

Als die britischen Königsfamilien im 15. Jahrhundert die Rosenkriege um die Kontrolle des Throns von England ausfochten, hatte eine Gruppe von Sternen ihr eigenes Scharmützel: Ein Krieg der Sterne weit entfernt im Orionnebel.

Die Sterne kämpften gegeneinander in einem gravitativen Tauziehen, das im Auseinanderbrechen des Systems gipfelte, wobei mindestens drei Sterne in unterschiedliche Richtungen fortkatapultiert wurden. Die schnellen Sterne auf Abwegen blieben hunderte Jahre unbemerkt, bis zwei von ihnen während der letzten paar Jahrzehnte in Infrarot- und Radiobeobachtungen entdeckt wurden, die den dichten Staub im Orionnebel durchdringen können.

Die Beobachtungen zeigten, dass sich die beiden Sterne mit hohen Geschwindigkeiten in entgegengesetzte Richtungen bewegten. Der Ursprung der Sterne war jedoch ein Rätsel. Astronomen verfolgten beide Sterne etwa 540 Jahre zurück zur gleichen Position, und äußerten die Vermutung, dass sie Teil eines jetzt zerstörten Mehrfachsternsystems waren. Aber die kombinierte Energie des Duos, die sie auseinandertreibt, stimmte nicht. Die Forscher schlussfolgerten, dass es dort mindestens einen weiteren Verdächtigen geben muss, der Energie von dem stellaren Tauziehen raubte.

Jetzt hat das Weltraumteleskop Hubble Astronomen dabei geholfen, das letzte Teil des Puzzles zu finden, indem es einen dritten ausgerissenen Stern erwischte. Die Astronomen verfolgten die Bahn des neu gefundenen Sterns zurück bis an die gleiche Position, wo sich die beiden vorher bekannten Sterne vor 540 Jahren befanden. Das Trio lag in einer kleinen Region aus jungen Sternen, dem Kleinmann-Low-Nebel, nahe des ausgedehnten Orionkomplexes in rund 1.300 Lichtjahren Entfernung.

"Die neuen Hubble-Beobachtungen liefern sehr überzeugende Belege dafür, dass die drei Sterne aus einem Mehrfachsternsystem herausgeschleudert wurden", sagte der leitende Wissenschaftler Kevin Luhmann von der Pennsylvania State University in University Park (Pennsylvania). "Astronomen hatten früher bereits ein anderes Beispiel sich schnell bewegender Sterne gefunden, die sich in Mehrfachsternsysteme zurückverfolgen ließen und daher wahrscheinlich fortkatapultiert wurden. Aber diese drei Sterne sind die jüngsten Beispiele für solche fortkatapultierten Sterne. Sie sind möglicherweise erst wenige hunderttausend Jahre alt. Basierend auf Infrarotbildern sind die Sterne tatsächlich noch jung genug, um Materiescheiben zu besitzen, die bei ihrer Entstehung übrig blieben."

Diese drei Illustrationen zeigen, wie ein Mehrfachsternsystem auseinanderbrechen könnte, wobei die Mitglieder in den Raum katapultiert werden. 1: Die Mitglieder des Systems umkreisen einander. 2: Zwei Sterne nähern sich auf ihren Umlaufbahnen einander an. 3: Entweder verschmelzen die nahen Sterne miteinander oder sie bilden ein enges Doppelsternsystem. Dabei wird Gravitationsenergie freigesetzt, die die Sterne des Systems nach außen katapultiert. (Credits: NASA, ESA, and Z. Levy (STScI))
Diese drei Illustrationen zeigen, wie ein Mehrfachsternsystem auseinanderbrechen könnte, wobei die Mitglieder in den Raum katapultiert werden. 1: Die Mitglieder des Systems umkreisen einander. 2: Zwei Sterne nähern sich auf ihren Umlaufbahnen einander an. 3: Entweder verschmelzen die nahen Sterne miteinander oder sie bilden ein enges Doppelsternsystem. Dabei wird Gravitationsenergie freigesetzt, die die Sterne des Systems nach außen katapultiert. (Credits: NASA, ESA, and Z. Levy (STScI))

Alle drei Sterne bewegen sich extrem schnell auf ihrem Weg heraus aus dem Kleinmann-Low-Nebel – bis zu 30 Mal schneller als die meisten der stellaren Bewohner des Nebels. Ausgehend von Computersimulationen sagten Astronomen voraus, dass diese gravitativen Tauziehen in jungen Sternhaufen auftreten sollten, wo neugeborene Sterne dicht an dicht vorkommen. "Aber wir haben nicht viele Beispiele beobachtet, insbesondere nicht in sehr jungen Sternhaufen", sagte Luhman. "Der Orionnebel könnte von weiteren ausgerissenen Sternen umgeben sein, die in der Vergangenheit aus ihm herauskatapultiert wurden und jetzt in den Weltraum treiben." Die Ergebnisse des Teams werden in der Ausgabe der Astrophysical Journal Letters vom 20. März 2017 erscheinen.

Luhman stolperte über den dritten schnellen Stern namens "Source x", als er nach ungebundenen Planeten im Orionnebel suchte. Er war Teil eines internationalen Teams unter Leitung von Massimo Robberto vom Space Telescope Science Institute in Baltimore (Maryland). Das Team nutzte den Nahinfrarotblick der Wide Field Camera 3 (WFC3) an Bord des Hubble-Teleskops, um die Studie durchzuführen.

Während der Analyse verglich Luhman die neuen Infrarotbilder aus dem Jahr 2015 mit Infrarotbeobachtungen, die 1998 mit dem Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) gemacht wurden. Er bemerkte, dass Source x ihre Position relativ zu den nahen Sternen in den 17 Jahren beträchtlich verändert hatte. Das sprach dafür, dass sich der Stern schnell bewegt, etwa mit 209.000 Kilometern pro Stunde.

Anschließen betrachtete der Astronom die früheren Positionen des Sterns und projizierte seine Bahn zurück. Er erkannte, dass Source x im Jahr 1470 nahe der gleichen Ursprungsposition im Kleinmann-Low-Nebel lag wie zwei andere Sterne, Becklin-Neugebauer (BN) und Source I.

BN wurde 1967 auf Infrarotbildern entdeckt, aber seine schnelle Bewegung wurde erst 1995 festgestellt, als Radiobeobachtungen die Geschwindigkeit des Sterns auf etwa 95.500 Kilometer pro Stunde bestimmten. Die Geschwindigkeit von Source I beträgt etwa 35.400 Kilometer pro Stunde. Weil der Stern stark von Staub eingehüllt ist, wurde er nur in Radiobeobachtungen registriert. Sein sichtbares und infrarotes Licht werden größtenteils blockiert.

Dieses Hubble-Bild zeigt das Trapez im Orionnebel. Das Kästchen oberhalb des Trapez-Haufens markiert die Position der drei Sterne. Der Geburtsort des Mehrfachsternsystems ist als "initial position" bezeichnet. (Credits: NASA, ESA, K. Luhman (Penn State University), and M. Robberto (STScI))
Dieses Hubble-Bild zeigt das Trapez im Orionnebel. Das Kästchen oberhalb des Trapez-Haufens markiert die Position der drei Sterne. Der Geburtsort des Mehrfachsternsystems ist als "initial position" bezeichnet. (Credits: NASA, ESA, K. Luhman (Penn State University), and M. Robberto (STScI))

Die drei Sterne seien höchstwahrscheinlich aus ihrer Heimat herauskatapultiert worden, als sie eine Runde Gravitationsbillard spielten, sagte Luman. Was oft geschieht, wenn ein Mehrfachsternsystem auseinanderbricht, ist dass zwei der Mitgliedssterne sich nahe genug annähern, dass sie verschmelzen oder ein sehr enges Doppelsternsystem bilden.

In jedem Fall setzt das Ereignis genug Gravitationsenergie frei, um alle Sterne des Systems nach außen zu schleudern. Die energiereiche Phase erzeugt auch einen intensiven Materiestrom, der auf den NICMOS-Bildern in Form fingerartiger Strukturen erkennbar ist, welche von der Position des eingehüllten Sterns Source I wegströmen.

Zukünftige Teleskope wie das James Webb Space Telescope (JWST) werden in der Lage sein, einen großen Teil des Orionnebels zu beobachten. Indem sie Bilder des Nebels vom JWST mit Hubble-Bildern aus früheren Jahren vergleichen, hoffen Astronomen mehr ausgerissene Sterne identifizieren zu können, die aus anderen auseinandergebrochenen Mehrfachsternsystemen stammen.

Das Hubble Space Telescope ist ein Projekt internationaler Zusammenarbeit zwischen der NASA und der ESA (European Space Agency). Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland) betreibt das Teleskop. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore leitet die wissenschaftlichen Operationen Hubbles. Das STScI wird von der Association of Universities for Research, Inc. in Washington D.C. für die NASA betrieben.

Quelle

(THK)

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