Schärfster Blick auf Staubscheibe um einen alternden Stern

12. März 2016, 15:32
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Materieansammlung um einen Roten Riesen ähnelt protoplanetaren Scheiben um jungen Sternen

Garching – Am Beginn eines Planetensystems steht eine Materiescheibe, die sogenannte protoplanetare Scheibe. In ihr kondensieren Staubpartikel und größere Brocken gleichsam zu planetaren Embryonen, die schließlich zu Planeten heranreifen. Nähert sich ein System seinem Ende, dann ist ihr Zentralgestirn oft ebenfalls von einer Staubscheibe umgeben. Astronomen ist es nun mithilfe des Very Large Telescope Interferometers am Paranal-Observatorium in Chile gelungen, die bislang schärfste jemals gemachte Aufnahme einer Staubscheibe um einen alternden Stern einzufangen. Die Forscher verglichen sie mit Staubscheiben um junge Sterne und entdeckten erstaunliche Parallelen. Möglicherweise könnte aus einer solchen Materiescheibe, eine zweite Generation von Planeten hervorgehen.

Wenn es auf ihr Lebensende zugeht, entwickeln viele Sterne um sich herum stabile Scheiben aus Gas und Staub. Diese Materie wird im Laufe der Entwicklung des Sterns in der Phase als Roter Riese durch Sternwinde ausgestoßen. Diese Scheiben ähneln bereits auf den ersten Blick jenen, in denen um junge Sterne Planeten entstehen. Bis heute waren Astronomen jedoch nicht in der Lage, die beiden Scheibentypen zu vergleichen, die sich zu Beginn und am Ende des Lebenszyklus eines Sterns bilden.

Very Large Telescope Interferometer lieferte Rekordaufnahme

Obwohl es viele Scheiben gibt, die zu jungen Sternen gehören und ausreichend nah sind, um eingehend untersucht zu werden, gab es bislang keine passenden alten Sterne mit Scheiben in unserer näheren kosmischen Umgebung bzw. Methoden um jene in mittlerer Distanz in ausreichender Auflösung zu beobachten. Das hat sich jetzt jedoch geändert: Ein Astronomen-Team unter der Leitung von Michel Hillen und Hans Van Winckel vom Instituut voor Sterrenkunde in Löwen in Belgien hat das mit dem PIONIER-Instrument und dem erst kürzlich aufgerüsteten RAPID-Detektor zu seiner vollen Leistungsfähigkeit ausgestatteten Very Large Telescope Interferometer (VLTI) am Paranal-Observatorium der ESO in Chile eingesetzt.

Ihr Ziel war der alte Doppelstern IRAS 08544-4431, der etwa 4.000 Lichtjahre von der Erde entfernt im südlichen Sternbild Segel des Schiffes (lat. Vela) zu finden ist. Dieser Doppelstern besteht aus einem roten Riesenstern, der die Materie in der umgebenden Staubscheibe ausgestoßen hat, und einem weniger entwickelten normaleren Stern, der ihn nah umkreist.

Jacques Kluska, Teammitglied von der Exeter University in Großbritannien, erklärt: "Wir haben das Licht von verschiedenen Teleskopen des Very Large Telescope Interferometer zusammengeführt und eine atemberaubende Schärfe erhalten – äquivalent zu der eines Teleskops mit einem Durchmesser von 150 Metern. Die Auflösung ist so hoch, dass wir, mal so zum Vergleich, die Größe und Form einer Ein-Euro-Münze aus einer Entfernung von zweitausend Kilometern bestimmen könnten."

Dank dieser noch nie dagewesenen Bildschärfe des Very Large Telescope Interferometers und einer neuen Bildgebungstechnik, die den zentralen Stern aus dem Bild entfernen kann, um überhaupt erst erkennen zu können, was sich um ihn herum befindet, konnte das Team zum ersten Mal alle Bausteine des IRAS 08544-4431-Systems analysieren. Das hervorstechende Merkmal des Bildes ist der klar aufgelöste Ring. Der innere Rand des Staubrings, der in diesen Beobachtungen zum ersten Mal beobachtbar war, stimmt sehr gut mit dem überein, was man als Mindestentfernung zum Stern erwartet hat: Näher am Stern würde der Staub unter der starken Strahlung des Sterns verdampfen.

Blick in bisher unsichtbare Bereiche

"Wir waren auch überrascht, ein schwächeres Leuchten zu finden, das wahrscheinlich aus einer kleinen Akkretionsscheibe um den Begleitstern stammt. Wir wussten, dass es sich um einen Doppelstern handelt, aber wir haben nicht erwartet, dass wir den Begleiter direkt sehen würden. Dass wir in der Lage sind, die inneren Bereiche dieses entfernten Systems zu beobachten, verdanken wir dem Fortschritt in der Leistungsfähigkeit, die uns durch den neuen Detektor in PIONIER zur Verfügung steht", fügt Erstautor Michel Hillen hinzu.

Das Team konnte so ermitteln, dass Scheiben um alte Sterne in der Tat sehr denen um junge Sterne ähneln, in denen Planetenentstehung stattfindet. Ob sich noch eine zweite Generation an Planeten um diese alten Sterne bilden kann, muss noch näher untersucht werden, aber es handelt sich um eine faszinierende Möglichkeit.

"Unsere Beobachtungen und Modellierungen öffnen ein neues Fenster sowohl für die Untersuchung der Physik dieser Scheiben, als auch für die Sternentwicklung in Doppelsternen. Zum ersten Mal kann die komplexe Wechselwirkung zwischen nahen Binärsystemen und ihrer staubigen Umgebung in Raum und Zeit aufgelöst werden", ergänzt Hans Van Winckel. (red, 12.3.2016)


Studie im Volltext
Astronomy & Astrophysics: "Imaging the dust sublimation front of a circumbinary disk."

  • Die Vergrößerung zeigt den Staubring um den alternden Doppelstern IRAS 08544-4431.
    foto: eso/digitized sky survey 2, davide de martin

    Die Vergrößerung zeigt den Staubring um den alternden Doppelstern IRAS 08544-4431.

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