Stellares Schwergewicht – super-massereicher Babystern entdeckt

Neue Sterne entstehen in riesigen interstellaren Wolken [1]. Dabei ist ihr Lebensweg abhängig von ihrer Masse. Sie entscheidet wie sich der Stern weiterentwickelt und wie lange er lebt.

Massereiche Sterne sind relativ selten, ihre Lebensdauer ist wesentlich kürzer als die massearmer Sterne. Sie bilden sich fast ausschließlich in Sternhaufen [1] und entwickeln sich so schnell, dass zu Beginn ihrer Entwicklung noch von ihrem dichten „Geburtsumfeld“ aus Gas und Staub umgeben sind. Ihre Gesamtlebensdauer ist im Vergleich zu Lebenszeit der Sonne sehr kurz und beträgt nur einige Millionen Jahre (Vergleich: Alter der Sonne rund 4,5 Milliarden Jahre).

Neue Sterne im Staubmantel
Der die jungen, massereichen Sterne umgebende Staub behindert oftmals ihre Beobachtung. Ihr „Leuchten“ wird im sichtbaren Licht durch den Staub stark gemindert, was ihre Identifikation schwierig macht. Wir kennen lediglich rund ein Dutzend dieser sehr massereichen Sterne.

Wie entstehen massereiche Sterne?
Aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer verschwinden massereiche Sterne viel schneller als sonnenähnliche Sterne. Daher findet man sie im Vergleich seltener. Gegenüber massearmen Sternen ist unser Wissen über die Voraussetzungen für die Bildung sowie die frühesten Phasen der Entwicklung sehr massereicher Sterne unvollständig. Lange Zeit bezweifelte man sogar die Existenz derartig massereicher Sterne.

Sterne entstehen in Haufen, jedoch ist immer noch nicht klar wie Sterne mit enormen Massen entstehen. Möglicherweise entsteht ein super-massereicher Stern bei der Verschmelzung zweier benachbarter Sterne des Haufens.

Die Rolle massereicher Sterne
Das Verständnis der Bildung massereicher Sterne ist wichtig, da diese Sterne eine wichtige Rolle für die Entwicklung einer ganzen Galaxie spielen können. Während ihrer schnellen Entwicklung bereichern sie die lokale Chemie und übertragen einen Großteil ihrer Strahlungs- und mechanischen Energie in Form von ultravioletter Strahlung, Sternwind, Jets und Masseausflüssen sowie Supernovae in das sie umgebende interstellare Medium (ISM) [1].

Das Feedback des massereichen Sterns auf seine Umgebung kann eine entscheidende Rolle in Bezug auf die Entstehung neuer Sterne in der Umgebung des Sterns spielen. Die dabei beteiligten Prozesse sind der Schlüssel für ein umfassendes Verständnis der Rolle von massereichen Sternen, insbesondere im Hinblick auf die Dynamik und die Struktur der sie enthaltenen Galaxie.

Die Riesenmolekülwolke W49
Das Objekt Westerhout 49 oder kurz W49 [1] ist eine riesige Molekülwolke inmitten des größten und leuchtendsten Sternentstehungsgebietes [1] im Sternbild Adler (Aql) [Abb. 1]. Sie befindet sich innerhalb unserer Milchstraße in rund 40.000 Lichtjahren Entfernung von der Erde. Ihr Durchmesser beträgt mehr als 320 Lichtjahre* (100 pc**).

Innerhalb von W49 entstehen überdurchschnittlich viele Sterne. Dort befinden sich Dutzende sehr helle Sterne. Die Sternentstehungsregion leuchtet rund 100 mal heller als der Orionnebel (M42), ist jedoch von Unmengen Staub umgeben, der den größten Anteil dieser Strahlung verschluckt und die Region nur im Infrarotbereich leuchten lässt.

W49 ist die massereichste Riesenmolekülwolke unserer Galaxis: ihre Masse beträgt mehr als eine Million Sonnenmassen 3* innerhalb eines Gebietes mit einem Durchmesser von 195 Lichtjahren (60 pc). Selbst innerhalb eines Durchmessers von 20 Lichtjahren enthält die Region noch rund 200.000 Sonnenmassen. [2]

Abb. 1 Kompositaufnahme der zentralen Region der Riesenmolekülwolke W49.
Die Lage des massereichen Sterns W49nr1 ist durch den weißen Pfeil markiert.
(Skala links unten: 1 arcmin=1 Bogenminute = 1/30-tel Vollmonddurchmesser)
© Wu, S.-W., et al. (2003)

Der super-massereiche Riesenstern W49nr1
Astronomen entdeckten erst kürzlich einen super-massereichen Stern, der sich im Zentrum von W49 befindet [3]. Der massereiche Stern W49nr1 (s. Abb. 1) besitzt rund 100-180 mal mehr Masse als unsere Sonne und ist ein seltenes Exemplar dieser seltenen Sternmonster. Außerdem ist W49nr1 riesig: sein Durchmesser entspricht dem 25-fachen Sonnendurchmesser 4*.

Der relativ junge, schwere Stern ist – wie oben beschrieben – noch in Überbleibseln aus seiner Entstehung eingebettet. W49nr1 befindet sich zudem auf der gegenüberliegenden Seite der Milchstraße. Sein „Licht“ wird auf dem Weg zur Erde durch interstellaren Staub behindert. Die im Sichtbaren ausgesandte Strahlung des Sterns wird dadurch auf ein Billionstel abgeschwächt und macht eine optische Identifikation nahezu unmöglich.

Die Entdeckung von W49nr1 gelang mithilfe von Infrarot-Beobachtungen des VLT (Very Large Telescope, ESO [1]), die den den Stern umgebenden Staub durchdringen können. Beim Vergleich unterschiedlicher Messungen seit dem Jahr 2001 sowie neuen Messungen [3] mit gültigen Sternmodellen ergab sich die Masse von W49nr1 zu 100-180 Sonnenmassen.

Aufgrund seines Spektrums mit ausgeprägten Helium- und Stickstofflinien konnte W49nr1 eindeutig als junger Stern identifiziert werden. Sein Alter beträgt maximal 2-3 Millionen Jahre. Somit ist der Stern jünger als die meisten jungen Sterne im Zentrum des Orionnebels.

Die Breite der Spektrallinien [1] von W49nr1 deutet auf die Existenz von Sternwinden – wie wir sie in abgeschwächter Form von der Sonne kennen.
W49nr1 besitzt eine Oberflächentemperatur von rund 40.000-50.000 Grad. Seine gesamte Leuchtkraft entspricht rund einer Million mal der Leuchtkraft der Sonne.

Weitere Beobachtungen sollen die bisher gewonnenen Erkenntnisse erhärten und zur Klärung der Entstehung des super-massereichen Riesensternes W49nr1 beitragen.

Falls Sie Fragen und Anregungen zu diesem Thema haben, schreiben Sie uns unter kontakt@ig-hutzi-spechtler.eu

Ihre
IG Hutzi Spechtler – Yasmin A. Walter

Quellenangaben:

[1] Information zu astronomischen und physikalischen Begriffen
www. wikipedia.de

[2] Galvan-Madrid, R., et al., ApJ 779, 121 (2014)

[3] Wu, S.-W., et al., A&A 568, L13 (2014)

* Lichtjahr = Abkürzung Lj, astronomische Längeneinheit
   1 Lj = 9,461 Billionen Kilometer

** Parsec = Parallaxensekunde, Abkürzung pc, astronomische Längeneinheit
    1 pc = 3,26 Lj oder rund 30.856.776 Millionen Kilometer

3* Sonnenmasse = 1 Sonnenmasse = astronomische Masseneinheit
    1 Sonnenmasse entspricht der Masse der Sonne von 38·10-11 Kilogramm, das
    entspricht 332.946 Erdmassen.

4* Sonnendurchmesser = rund 1,4 Millionen Kilometer
    Der Winkeldurchmesser der Sonne beträgt rund 0,5° am Himmel.
    W49nr1 bedeckte am Himmel ein Gebiet von etwa 12°!!!

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