Im vergangenen Jahr rätselten Astronomen, als Beteigeuze, der helle Rote Überriese im Sternbild Orion, dramatisch schwächer wurde, aber sich dann erholte. Die Abschwächung dauerte mehrere Wochen. Jetzt haben Astronomen ihren Blick auf einen Riesenstern im benachbarten Sternbild Canis Major (Großer Hund) gerichtet.
Der Rote Hyperriese VY Canis Majoris, der weit größer und massereicher als Beteigeuze ist, erfährt viel längere und schwächere Perioden, die über Jahre hinweg anhalten. Neue Ergebnisse des Weltraumteleskops Hubble sprechen dafür, dass derselbe Prozess, der auf Beteigeuze abläuft, auch bei diesem Hyperriesen auftritt, aber in einem viel größeren Maßstab.
“VY Canis Majoris verhält sich etwa so wie Beteigeuze auf Steroiden”, erklärte die Astrophysikerin Roberta Humphreys von der University of Minnesota in Minneapolis, die Studienleiterin.
Wie bei Beteigeuze schlagen Hubble-Daten die Antwort vor, warum sich der Stern abschwächt. Bei Beteigeuze stimmte die Abschwächung mit einer Gasabströmung überein, welche Staub gebildet haben könnte, der aus unserer Perspektive betrachtet kurzfristig einen Teil des Lichts von Beteigeuze blockierte und den Abschwächungseffekt hervorrief.
“Bei VY Canis Majoris sehen wir etwas Ähnliches, aber in einem viel größeren Maßstab: Massive Materieauswürfe, die mit seiner starken Abschwächung übereinstimmen, was möglicherweise an Staub liegt, der das Licht des Sterns temporär blockiert”, sagte Humphreys.
Der enorme Rote Hyperriese ist 300.000 Mal heller als unsere Sonne. Wenn er die Sonne in unserem eigenen Sonnensystem ersetzen würde, würde sich das aufgeblähte Monster über hunderte Millionen Kilometer ausbreiten – zwischen die Umlaufbahnen von Jupiter und Saturn.
“Der Stern ist absolut verblüffend. Er ist einer der größten Sterne, die wir kennen – ein sehr alter Roter Überriese. Er durchlief mehrere gigantische Eruptionen”, erklärte Humphreys.
Riesige Bögen aus Plasma umgeben den Stern in Distanzen, die tausende Male größer sind als die Entfernung zwischen Erde und Sonne. Diese Bögen sehen wie die Protuberanzen unserer eigenen Sonne aus, nur in einem viel größeren Maßstab. Sie sind auch nicht physisch mit dem Stern verbunden, sondern scheinen stattdessen fortkatapultiert worden zu sein und entfernen sich von ihm. Einige der anderen Strukturen in der Nähe des Sterns sind noch relativ kompakt und sehen wie kleine Knoten und Nebelformationen aus.
In früheren Studien mit Hubble konnten Humphreys und ihr Team bestimmen, wann diese großen Strukturen von dem Stern ausgestoßen wurden. Die gefundenen Datierungen liegen in den letzten paar hundert Jahren, manche davon erst in den vergangenen 100-200 Jahren.
In einer neuen Studie mit Hubble lösten die Forscher jetzt Strukturen auf, die viel näher an dem Stern liegen und die weniger als ein Jahrhundert alt sein könnten. Durch die Verwendung Hubbles zur Bestimmung der Geschwindigkeiten und Bewegungen der nahen Knoten aus heißem Gas und der anderen Strukturen konnten Humphreys und ihr Team diese Eruptionen genauer datieren. Was sie herausfanden, ist bemerkenswert: Viele dieser Knoten hängen mit mehreren Episoden aus dem 19. und 20. Jahrhundert zusammen, als VY Canis Majoris sich bis auf ein Sechstel seiner normalen Helligkeit abschwächte.
Im Gegensatz zu Beteigeuze ist VY jetzt zu schwach, um mit dem bloßen Auge beobachtet zu werden. Der Stern war einst sichtbar, aber hat sich so sehr abgeschwächt, dass er jetzt nur mit Teleskopen beobachtet werden kann.
Der Hyperriese wirft 100 Mal mehr Masse ab als Beteigeuze. Die Masse in einigen der Knoten beträgt mehr als die doppelte Jupitermasse. “Es ist erstaunlich, dass der Stern das tun kann”, sagte Humphreys. “Der Ursprung dieser Episoden mit hohem Massenverlust bei VY Canis Majoris und Beteigeuze liegt wahrscheinlich in großräumigen Aktivitäten auf ihren Oberflächen – großen Konvektionszellen ähnlich wie auf der Sonne. Aber bei VY Canis Majoris könnten die Konvektionszellen so groß wie die ganze Sonne sein oder noch größer.”
“Das kommt bei Roten Überriesen möglicherweise häufiger vor, als Wissenschaftler vermuteten und VY Canis Majoris ist ein extremes Beispiel”, sagte Humphreys. “Es könnte sogar der Hauptmechanismus sein, der den Massenverlust antreibt, was bei Roten Überriesen immer ein kleines Rätsel war.”
Obwohl andere rote Überriesen vergleichsweise hell sind und eine Menge Staub ausstoßen, ist keiner von ihnen so komplex wie VY Canis Majoris. “Also was ist so besonders an ihm? VY Canis Majoris könnte sich in einem einzigartigen Entwicklungsstadium befinden, das ihn von den anderen Sternen unterscheidet. Möglicherweise ist er nur für eine sehr kurze Zeitperiode so aktiv, vielleicht nur ein paar tausend Jahre. Wir sehen nicht viele solcher Beispiele”, erklärte Humphreys.
Der Stern begann sein Leben als superheißer, heller blauer Überriese mit etwa 35-40 Sonnenmassen. Nach ein paar Millionen Jahren änderte sich die Wasserstofffusionsrate in seinem Kern und der Stern blähte sich zu einem roten Überriesen auf. Humphreys vermutet, dass der Stern kurzfristig in einen heißeren Zustand zurückkehrte und sich dann wieder zu einem Roten Überriesen aufblähte.
“Was VY Canis Majoris mit diesen sehr komplexen Auswurfstrukturen so besonders und so extrem macht, liegt vielleicht darin begründet, dass er ein roter Überriese der 2. Phase ist”, sagte Humphreys. “VY Canis Majoris könnte bereits die Hälfte seiner Masse verloren haben. Statt zu einer Supernova zu werden, könnte er einfach direkt zu einem Schwarzen Loch kollabieren.”
Die Ergebnisse des Teams erschienen am 4. Februar 2021 im Astrophysical Journal.
Das Hubble Space Telescope ist ein Projekt internationaler Zusammenarbeit zwischen der NASA und der European Space Agency (ESA). Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland) betreibt das Teleskop. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore (Maryland) führt Hubbles wissenschaftliche Operationen durch. Das STScI wird von der Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C. für die NASA geleitet.
(THK)
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