09. Mai 2022

Auch Sterne versuchen jünger auszusehen Auch Sterne versuchen jünger auszusehen

Sterne und Menschen haben eines gemeinsam: Sie versuchen jünger auszuse-hen. Menschen färben sich etwa ihre grauen Haare. Bei Sternen funktioniert das etwas anders, nämlich durch eine Verschmelzung. Was wir mit dem bloßen Auge kaum sehen, macht ein spezielles Stern-Diagramm sichtbar. Die ver-schmolzenen Sterne rotieren langsamer und leuchten darin blauer, wodurch sie jünger erscheinen als ihre Nachbarn, die genauso alt sind. Wie genau das funktioniert, hat ein internationales Team von Astronomen untersucht und kürzlich in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.

Auch Sterne versuchen jünger auszusehen
Auch Sterne versuchen jünger auszusehen - Der offene Sternhaufen NGC 1755 befindet sich in der Nachbarga-laxie der Milchstraße, der Großen Magellanschen Wolke, und hat einen Durchmesser von 120 Lichtjahren. Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA/ESA blickte in das Herz von NGC 1755, um besser zu verstehen, wie verschiedene Populationen von Sternen in einem einzigen Haufen koexistieren können. © Foto: ESA/Hubble & NASA, A. Milone, G. Gilmore
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Um Sterne besser verstehen und untersuchen zu können, wurde vor mehr als einem Jahrhundert das wohl berühmteste Diagramm der Astronomie erfunden: Das Hertzsprung-Russel-Diagramm (HRD). Es wurde nach den beiden Astronomen Eijnar Hertzsprung und Henry Norris Russel benannt und ordnet die Sterne nach ihrer Helligkeit und Farbe. Sterne sind heiße Gaskugeln, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Das HRD macht diese Unterschiede sichtbar, indem die Sterne in unterschiedlichen Farben und Größen angezeigt werden. Diese geben Aufschluss über die Leuchtkraft, die Entfernung und die Temperatur der Sterne. Viele der Dinge, die wir über Sterne und ihre Entwicklung wissen, stammen aus Untersuchungen, wie und warum Sterne diesem Diagramm in Gruppen angeordnet sind. Unsere Sonne befindet sich zum Beispiel auf der so genannten „Hauptreihe“, wo die meisten Sterne angesiedelt sind.

Lange Zeit war es schwierig, die verschiedenen Sterngruppen klar zu unterscheiden, da herkömmliche Teleskope nicht genau genug waren. Jüngste Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop haben jedoch interessante Erkenntnisse gebracht: „Wir glauben, dass die Sterne in den Sternhaufen alle zur gleichen Zeit aus der gleichen Gaswolke entstanden sind“, erklärt Chen Wang, die an der Universität Bonn promoviert hat und erst seit kurzem Forscherin am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) und Hauptautorin der in Nature Astronomy veröffentlichten Studie ist. „Sie sollten gleich alt sein und die gleiche chemische Zusammensetzung haben. Aber wenn das stimmt, wie kann es dann eine zweite Reihe von Sternen geben, die blauer sind?“

Diese merkwürdige Erscheinung ließ die Astronomen ratlos zurück; viele ignorierten sie sogar, da eine Erklärung dafür nur schwer zu finden war. Mit ihrer Erfahrung als theoretische Astrophysikerin kombinierte Chen jedoch zwei Hinweise, um eine mögliche Herkunft dieser blauen Hauptreihensterne vorzuschlagen. Mithilfe der Hilfe von Computersimulationen stellte sie erstens fest, dass man die blauen Sterne erklären kann, wenn sie langsamer rotieren als die anderen Sterne des Haufens. Zweitens zeigten neuere Modelle von Verschmelzungen zweier Sterne, dass die daraus entstandenen Sterne stark magnetisch werden und sich sehr langsam drehen. Chen kombinierte diese beiden Ideen und schlug vor, dass die blauen Sterne in der Tat sehr langsam rotierende Sterne sind, die aus Sternverschmelzungen stammen.

Bei der Verschmelzung eines Doppelsternsystems (zwei Einzelsterne, die gravitativ aneinandergebunden sind) entsteht ein Stern, der massereicher ist als jeder seiner beiden Vorgängersterne. Zudem ist dessen Wasserstoffgehalt im Kern höher als der eines gleich alten Einzelsterns mit derselben Masse. Die verschmolzenen Sterne können also das gleiche Alter wie alle anderen Sterne des Haufens haben, erscheinen aber im Farben-Helligkeits-Diagramm jünger, aufgrund ihrer blauen Farbe.

„Die von Chen vorgeschlagene Verschmelzungshypothese ist als Erklärung für die blauen Hauptreihensterne sehr reizvoll, da sie verschiedene rätselhafte Befunde auf logische Art miteinander verbindet“, führt Selma de Mink aus, Direktorin und Leiterin der Abteilung Stellare Astronomie am MPA. Dies würde bedeuten, dass ein signifikanter Teil der Sterne mit einem Begleiter verschmilzt, bevor ihr Leben überhaupt begonnen hat. Wenn Chen Recht habe – und das könnte durchaus der Fall sein – dann könnte dies viele Fragen, wie Sterne entstehen, warum sie manchmal schnell und manchmal langsam rotieren und warum manche Magnetfelder haben, in einem neuen Licht erscheinen lassen.

„Aus Daten von Sternhaufen kann gefolgert werden, dass Sterne auf zwei verschiedene Arten entstehen können: entweder indem durch die Schwerkraft der Sterne weitere Materie angezogen wird – wie schon länger angenommen. Oder wie in der neuen Theorie durch Sternverschmelzung, die rund 30 Prozent aller Sterne betrifft“, sagt Prof. Dr. Norbert Langer vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn und vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie. „Dies wirft neues Licht auf die Entstehung von Sternen.“
Wie bei jeder Hypothese sind natürlich weitere Tests erforderlich, aber womöglich könnte mehr als hundert Jahre, nachdem Hertzsprung und Russell ihr berühmtes Diagramm erstellt haben, endlich eine Erklärung für das mysteriöse Rätsel der blauen Hauptreihe gefunden worden sein.

Im Hertzsprung-Russell-Diagramm
Im Hertzsprung-Russell-Diagramm - Im Hertzsprung-Russell-Diagramm wird die absolute Helligkeit der Sterne, also ein Maß für ihre Leuchtkraft, gegen die Spektraltypen und damit die Oberflächentemperatur der Sterne aufgetragen. Dabei fällt auf, dass sich die Sterne keineswegs gleichmäßig über alle Bereiche des Diagramms verteilen. Die meisten Sterne befinden sich in der sogenannten Hauptreihe, die sich von links oben (leuchtkräftige heiße Sterne) bis nach rechts unten (kühle Sterne mit geringer Leuchtkraft) erstreckt. Es gibt noch zwei weitere Bereiche und zwar den in dem sich (kühlere) Riesensterne befinden und einen Bereich links unten mit recht wenigen Sternen hoher Temperatur und geringer Leuchtkraft („Weiße Zwerge“). © Max-Planck-Institut
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