Astronomen der Georgia State University haben eine Erklärung für das eigenartige Auftreten massereicher Sterne in großer Entfernung zu ihrem Entstehungsort in der Scheibe unserer Milchstraßen-Galaxie gefunden. Sterne, die massereicher als unsere Sonne sind, haben sehr heiße Kerne, die schnell große Mengen Energie freisetzen. Sie gehören zu den hellsten Objekten in unserer Galaxie. Aber weil sie ihren Wasserstoff so schnell verbrauchen, sind ihre Lebensdauern relativ kurz, vielleicht zehn Millionen Jahre – verglichen mit den circa 10 Milliarden Jahren unserer Sonne.
Ihre kurze Lebensdauer bedeutet, dass sie wenig Zeit haben, um sich weit von ihrem Entstehungsort zu entfernen. Die meisten massereichen Sterne kommen in der flachen Scheibe unserer Galaxie vor, wo die Gaswolken dicht genug sind, um Sternentstehungsprozesse auszulösen, und wo Astronomen junge Sternhaufen aus massereichen Sternen finden. Wenn ein massereicher Stern weit entfernt von der galaktischen Scheibe beobachtet wird, wie kam er also dorthin?
“Astronomen finden massereiche Sterne weit entfernt von ihrem Ursprungsort, für die es länger als die Lebenszeit des Sterns dauert, um dorthin zu gelangen”, sagte der Astronom Douglas Gies von der Georgia State University. “Wie das möglich war, wird unter Wissenschaftlern lebhaft diskutiert.”
Das ist das Problem, das von dem massereichen Stern namens HD93521 verursacht wird, der rund 3.600 Lichtjahre oberhalb der galaktischen Scheibe liegt. Eine neue Studie von Gies und anderen Astronomen der Georgia State University offenbart eine tiefe Unstimmigkeit: Die Flugzeit, um diesen Ort zu erreichen, übersteigt das vorhergesagte Alter dieses massereichen Sterns bei weitem.
Die Astronomen nutzten eine neue Distanzschätzung des ESA-Satelliten Gaia zusammen mit einer Untersuchung des Sternspektrums, um die Masse und das Alter sowie seine Bewegung durch den Raum zu bestimmen. Sie stellten fest, dass HD93521 etwa 17 Sonnenmassen besitzt, was zu einem vorhergesagten Alter von rund fünf Millionen Jahren führt. Andererseits spricht die Bewegung des Sterns dafür, dass seine Reise aus der Scheibe viel länger dauerte, nämlich etwa 39 Millionen Jahre.
Die Astronomen erklären diesen seltsamen Unterschied zwischen der Lebensdauer des Sterns und seiner Reisezeit durch die Vermutung, dass HD93521 die Scheibe als ein Doppelsystem aus zwei masseärmeren und längerlebigen Sternen verließ und nicht als der einzelne massereiche Stern, den wir heute sehen. Ihre Ergebnisse wurden im Astronomical Journal veröffentlicht.
Der Schlüssel zu dem Rätsel liegt darin, dass HD93521 einer der am schnellsten rotierenden Sterne in der Galaxie ist. Sterne können ihre Rotationsgeschwindigkeit durch stellare Verschmelzungen erhöhen, wenn zwei einander eng umkreisende Sterne im Laufe der Zeit anwachsen und kollidieren, um einen einzelnen Stern zu bilden. “HD93521 begann seine Existenz wahrscheinlich als enges Doppelsternsystem aus Sternen mit mittleren Massen. Letztendlich umhüllten sie sich gegenseitig und schufen den schnell rotierenden Einzelstern, den wir heute sehen”, sagte Gies. “Solche Sterne aus dem mittleren Massenbereich existieren lange genug, um der langen Flugzeit von HD93521 zu entsprechen.
HD93521 ist nicht der einzige Fall eines massereichen Sterns, der fernab seines Entstehungsortes gefunden wurde. Der Doktorand Peter Wysocki von der Georgia State University untersucht ein Beispiel eines fernen, massereichen Doppelsternsystems, das vermutlich repräsentativ für das Stadium kurz vor einer Verschmelzung ist. Dieses Doppelsternsystem trägt die Bezeichnung IT Librae und hat eine Ausrichtung, die regelmäßige Bedeckungen verursacht, wenn die Sterne voreinander vorbeiziehen. Eine Analyse der Veränderungen des abgestrahlten Lichts und der Bewegungen anhand der Spektren führt zu Schätzungen der stellaren Massen.
Wysocki findet ein ähnliches Rätsel in den Ergebnissen: Das vorhergesagte Alter ist viel kleiner als die Reisezeit von IT Librae von der Scheibe zu seiner aktuellen Position. Aber die Studie zeigt auch, dass der masseärmere Stern des Paares bereits begonnen hat, einen beträchtlichen Teil seiner Masse auf den massereicheren Stern zu übertragen und den Prozess anzustoßen, der letztendlich zu einer Verschmelzung führen könnte. Das bedeutet, dass der massereichere Stern in Wirklichkeit älter ist als es scheint und er sein Leben als masseärmerer Stern begann.
Diese fernen, massereichen Sterne bieten überzeugende Belege dafür, dass enge Doppelsternpaare verschmelzen können, um noch größere Sterne entstehen zu lassen und dass sie Schlüsselhinweise liefern, wie schnell rotierende, massereiche Sterne imstande sind, Schwarze Löcher mit hohen Rotationsgeschwindigkeiten zu erschaffen.
Diese Studie wurde durch Fördermittel der National Science Foundation finanziert.
(THK)
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