Junge Sterne neigen zu Kannibalismus

Die turbulente Vergangenheit unserer Sonne

Sterne sammeln ihre Endmasse nicht stetig an, sondern in einer Serie von gewaltigen Ereignissen – diese sind als starke Helligkeitsausbrüche zu erkennen. Eduard Vorobyov, Astrophysiker an der Universität Wien hat nun herausgefunden, dass solche Helligkeitsvariationen die Folge von gravitativen Instabilitäten in der massiven, gasreichen Scheibe um Sterne entstehen.

Simulation einer gravitativ instabilen zirkumstellaren Scheibe mittels hydrodynamischer Rechnungen. Protoplanetare „Embryos" bilden sich in der Scheibe dank gravitativer Fragmentation. Die drei kleinen Bilder zeigen das sukzessive „Verschlucktwerden" der Klumpen durch den Stern. (Copyright: Eduard Vorobyov, Universität Wien)

Anschließend ist es der jeweilige Stern selbst, der die dichten Gasklumpen aufnimmt. Dieser „Kannibalismus" konnte nun erstmals mit Hilfe von hoch entwickelten, beobachtungsorientierten Instrumenten nachgewiesen werden. Die Resultate erscheinen aktuell in der Fachzeitschrift „Science Advances".

Sterne entstehen innerhalb einer rotierenden Wolke aus interstellarem Gas und Staub, welche, dank ihrer Eigengravitation, zu stellaren Dichten komprimieren. Bevor eine solche Wolke allerdings den Stern erreicht, sammelt sich ein Großteil ihres Materials in einer zirkumstellaren Scheibe rund um den Zentralstern. Dies ist eine Folge der Drehimpulserhaltung. Das Auftreten des Prozesses, in welchem Material der Scheibe in Richtung Stern transportiert wird, wurde jüngst eines der Hauptforschungsgebiete in der Astrophysik.

Es stellte sich heraus, dass Sterne, wie bisher angenommen, ihre Masse nicht stetig über einen gewissen Zeitraum ansammeln, sondern dies in einer Reihe an gewaltigen Ereignissen tun. Diese sind bei ihrem Auftreten durch starke Anstiege der Leuchtkraft zu erkennen. Der junge Stern FU Orionis im Sternbild Orion etwa ist ein Prototyp eines Objekts mit solchen Ereignissen. Er zeigte einen Anstieg seiner Leuchtkraft um einen Faktor 250 über einen Zeitraum von nur einem Jahr.

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Ein möglicher Vorgang, der diese Helligkeitsanstiege beschreiben könnte, wurde bereits vor zehn Jahren von Eduard Vorobyov, vom Institut für Astrophysik der Universität Wien, in Zusammenarbeit mit Shantanu Basu von der University of Western Ontario in Kanada, aufgezeigt. Gemäß ihrer Theorie könnten die Helligkeitseruptionen von Fragmentationen durch gravitative Instabilitäten in massiven, gasreichen Scheiben um junge Sterne, gefolgt von der Aufnahme der dichten Gasklumpen des Sternes verursacht werden.

Vorobyov beschreibt den Prozess der Entstehung von Klumpen in der zirkumstellaren Scheibe sowie deren darauffolgende „Verschlingung" durch den jeweiligen Stern als „Kannibalismus auf astronomischen Skalen". Es sind Klumpen, die zu gigantischen Planeten wie Jupiter werden könnten, aber vom Mutterstern aufgesaugt werden. Dies weckt eine interessante Analogie zur griechischen Mythologie, in welcher Chronos, der die erste Generation an Titanen anführte, seine neugeborenen Kinder verschlang.

Zum Einsatz kamen hoch entwickelte Instrumente wie das im Optischen und Infraroten beobachtende SUBARU 8,2-m-Teleskop auf Mauna Kea (Hawaii). Mit dessen Hilfe war es zum ersten Mal möglich, die Modellvorhersagen zu prüfen. Das hochauflösende und mit adaptiver Optik ausgestattete Teleskop untersuchte das polarisierte Licht des Objekts. Eine internationale Gruppe von Astronomen um Hauyu Liu vom Institute of Astronomy and Astrophysics in Taipeh konnte die Existenz wesentlicher Komponenten des Modells nachweisen.

„Dies ist ein großer Schritt, wenn wir verstehen wollen, wie sich Sterne und Planeten bilden und entwickeln", so Vorobyov. „Können wir beweisen, dass ein Großteil der Sterne solche Helligkeitsausbrüche aufgrund von Gravitationsinstabilitäten in der Scheibe vollführen, dann folgt, dass dies auch unsere eigene Sonne im Kindesalter erlebt haben könnte. So könnten die großen Planeten unseres Sonnensystems glückliche Überlebende der turbulenten Vergangenheit unserer Sonne sein", erklärt der Astrophysiker abschließend.

Publikation in „Science Advances":
Hauyu Baobab Liu, Michihiro Takami, Tomoyuki Kudo, Jun Hashimoto, Ruobing Dong, Eduard I. Vorobyov, Tae-Soo Pyo, Misato Fukagawa, Motohide Tamura, Thomas Henning, Michael M. Dunham, Jennifer Karr, Nobuhiko Kusakabe, Toru Tsuribe: "Circumstellar Disks of the Most Vigorously Accreting Young Stars", 5. Februar 2016.

Wissenschaftliche Kontakte:
Mag. Dr. Dr. Thomas Posch, Privatdoz.
Institut für Astrophysik
Universität Wien
1180 Wien, Türkenschanzstraße 17
thomas.posch@univie.ac.at

Dr. Eduard Vorobyov
Institut für Astrophysik
Universität Wien
1180 Wien, Türkenschanzstraße 17
eduard.vorobiev@univie.ac.at

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