Mittwoch, 21. Oktober 2015

Der letzte Kuss zweier Sterne

Ein internationales Astronomenteam hat mit dem Very Large Telescope der ESO den bislang heißesten und massereichsten bekannten Doppelstern entdeckt. Seine Komponenten liegen so nah beieinander, dass sie sich gegenseitig berühren. Die beiden Sterne in dem außergewöhnlichen System VFTS 352 könnten auf ein dramatisches Ende zusteuern, bei dem sich beide Sterne entweder zu einem einzigen riesigen Stern verbinden oder ein doppeltes Schwarzes Loch bilden.


Das Doppelsternsystem VFTS 352 befindet sich etwa 160.000 Lichtjahre entfernt im Tarantelnebel [1]. Diese ungewöhnliche Region ist die aktivste Geburtsstätte neuer Sterne im nahen Universum. Neue Beobachtungen mit dem VLT der ESO [2] haben enthüllt, dass dieses junge Sternpaar zu den außergewöhnlichsten und seltsamsten seiner Art gehört, die je gefunden wurden.

VFTS 352 besteht aus zwei sehr heißen, leuchtkräftigen und massereichen Sternen, die sich gegenseitig in etwas mehr als einem Tag umrunden. Die Zentren der Sterne liegen gerade einmal 12 Millionen Kilometer auseinander [3]. Das ist so nah, dass sich ihre Oberflächen überlappen und sich eine Brücke zwischen ihnen gebildet hat. VFTS 352 ist nicht nur das massereichste Exemplar in der sehr kleinen Klasse der Überkontaktsysteme – zusammen hat es etwa die 57-fache Masse der Sonne – sondern besitzt auch die heißesten Komponenten – mit Oberflächentemperaturen von über 40.000°C.
Außergewöhnliche Sterne wie die von VFTS 352 spielen eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Galaxien, und man geht davon aus, dass sie die Hauptproduzenten für Elemente wie Sauerstoff sind. Solche Doppelsterne stehen auch in Zusammenhang mit exotischen Verhaltensweisen, wie sie „Vampirsterne“ aufweisen, bei denen der kleinere Begleitstern Materie aus der Oberfläche seines größeren Nachbarn absaugt (eso1230).
Im Fall des Systems VFTS 352 sind beide Sterne jedoch von nahezu identischer Größe. Demzufolge wird Materie nicht von einem zum anderen übertragen, sondern gehört zum Teil zu beiden Sternen [4]. Schätzungen zufolge teilen sich die beiden Sterne etwa 30 Prozent ihrer Materie.

Solche Systeme sind sehr selten, da diese Phase im Leben eines Sterns nur kurz andauert, weshalb es schwierig ist, sie auf frischer Tat zu ertappen. Da die Sterne so nah beieinander liegen, nehmen Astronomen an, dass starke Gezeitenkräfte die Materie im Inneren der Sterne durchmischen.
„VFTS 352 ist das beste Beispiel für einen heißen und massereichen Doppelstern, das bisher gefunden wurde und solch eine Art innere Durchmischung aufweist“, erklärt Leonardo A. Almeida von der Universität São Paulo in Brasilien, der Erstautor des Fachartikels, in dem VFTS 352 erstmals beschrieben wird. „Von daher handelt es sich hierbei um eine faszinierende und wichtige Entdeckung.“
Modelle sagen voraus, dass VFTS 352 zwei Möglichkeiten hat, sich weiterzuentwickeln, die beide ein verheerendes Schicksal sind: Die erste Möglichkeit besteht in der Verschmelzung beider Sterne, was voraussichtlich einen schnell rotierenden und womöglich stark magnetischen, riesigen Einzelstern zur Folge hätte. „Wenn er weiterhin schnell rotiert, könnte er sein Leben in einer der energiereichsten Explosionen im Universum beenden, die auch als langandauernde Gammastrahlenausbrüche bekannt sind“, erläutert der führende Wissenschaftler des Projekts, Hugues Sana von der Universität Leuven in Belgien [5].

Die zweite Möglichkeit erklärt die führende theoretische Astrophysikerin des Teams, Selma de Mink von der Universität Amsterdam: “Wenn die Sterne gut genug durchmischt werden, bleiben sie beide kompakt und das VFTS 352-System entgeht der Verschmelzung. Das würde diese Objekte auf einen völlig anderen Pfad führen als es die klassische Sternentwicklung vorhersagt. Im Fall von VFTS 352 würden beide Sterne ihr Leben voraussichtlich in Supernova-Explosionen beenden und dabei ein enges Doppelsystem aus Schwarzen Löchern bilden. Solch ein außergewöhnliches Objekt würde eine starke Quelle von Gravitationswellen darstellen.”
Der Beweis der Existenz dieses zweiten Evolutionspfads [6] würde einen Durchbruch im Bereich der beobachtenden stellaren Astrophysik darstellen. Ungeachtet dessen, wie das System VFTS 352 sterben wird, hat es Astronomen bereits schon jetzt wertvolle neue Erkenntnisse über die nur wenig verstandenen Entwicklungsprozesse massereicher Überkontaktsysteme geliefert.

Endnoten
[1] Der Name des Sterns deutet darauf hin, dass er als Teil des VLT FLAMES Tarantula Surveys beobachtet wurde, der die FLAMES- und GIRAFFE-Instrumente am Very Large Telescope (VLT) der ESO nutzte um mehr als 900 Sterne in der 30 Doradus-Region der Großen Magellanschen Wolke (LMC) zu untersuchen. Die Durchmusterung hat bereits zu vielen spannenden und wichtigen Entdeckungen geführt, einschließlich des am schnellsten rotierenden Sterns und eines außergewöhnlich massereichen Ausreißersterns. Sie hilft bei der Beantwortung vieler fundamentaler Fragen in Bezug darauf, wie massereiche Sterne durch Rotation, Multiplizität und die Dynamiken in dichten Sternhaufen beeinflusst werden.

[2] Diese Studie nutzte ebenfalls Helligkeitsmessungen von VFTS 352, die als Teil der OGLE-Durchmusterung über einen Zeitraum von zwölf Jahren durchgeführt wurden.

[3] Beide Komponenten werden als O-Sterne klassifiziert. Solche Sterne sind üblicherweise zwischen 15 und 80 mal massereicher als die Sonne und können bis zu einer Millionen mal heller sein. Sie sind so heiß, dass sie in einem glänzenden blau-weißen Licht scheinen und Oberflächentemperaturen von über 30.000°C besitzen.

[4] Diese Bereiche um einen Stern werden als Roche-Volumen bezeichnet. In einem Überkontaktsystem wie VFTS 352 füllen beide Sterne ihr Roche-Volumen aus.

[5] Gammastrahlenblitze (GRBs) sind Ausbrüche hochenergetischer Gammastrahlung, die durch Satelliten im Orbit detektiert werden. Sie kommen in zwei Arten vor – kurzdauernd (kürzer als ein paar Sekunden) und landdauernd (länger als ein paar Sekunden). Langanhaltende GRBs treten häufiger auf und man geht davon aus, dass sie den Tod massereicher Sterne anzeigen und werden mit einer Klasse sehr energiereicher Supernova-Explosionen in Verbindung gebracht.

[6] Vorhergesagt durch Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sind Gravitationswellen kleine Wellen im Raum-Zeit-Gebilde. Beträchtliche Gravitationswellen entstehen, wenn mit der Zeit extreme Änderungen von starken Gravitationsfeldern auftreten, wie während der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher.

http://www.eso.org/public/germany/news/eso1540/?nolang - Webversion der Pressemitteilung mit einem Video (auch in höher aufgelösten Versionen). Zugang vor Ablauf der Sperrfrist bitte bei lars@eso.org erfragen
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/812/2/102 - Im Astrophysical Journal veröffentlichte Studie
http://arxiv.org/abs/1509.08940 - Frei verfügbarer Vorabdruck der Studie
http://www.eso.org/public/germany/images/archive/category/paranal/ - Fotos vom VLT
ESO Science Outreach Network (Dr. Carolin Liefke) ÖffentlichkeitsarbeitMax-Planck-Institut für Astronomie


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