Astronomen haben mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) eine Spiralstruktur in einer äußeren Hülle entdeckt, die den sterbenden Riesenstern R Sculptoris umgibt. Die überraschende Beobachtung in Kombination mit dem Nachweis der weiter außen liegenden Schale um einen roten Riesenstern ist eine astronomische Premiere. Die Spiralstruktur dürfte auf einen unsichtbaren Begleiter zurückgehen, der den Roten Riesen umkreist.
Spiralstruktur
© ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) Unerwartete Spiralstruktur in der Materie um den alten Stern "R Sculptoris".
Bonn (Deutschland) - Die neuen Ergebnisse erscheinen diese Woche in der Fachzeitschrift Nature - als eine der ersten Veröffentlichungen aus der frühen Phase wissenschaftlicher Beobachtungen mit ALMA.

Ein Astronomenteam hat zu seiner Überraschung eine Spiralstruktur in dem Gas um den roten Riesenstern "R Sculptoris" entdeckt, die darauf hin deutet, dass ein zuvor unentdeckter Begleiter den Stern umkreist. Auch die Menge des von dem Roten Riesen ausgestoßenen Materials erwies sich als deutlich größer als erwartet ausgestoßen. Die Beobachtungen wurden mit dem "Atacama Large Millimeter/submillimeter Array" (ALMA) vorgenommen, dem leistungsfähigsten Millimeter/Submillimeter-Teleskop der Welt.

"Zwar konnten zuvor bereits Schalen aus ausgestoßenem Material um diese Art von Sternen beobachtet werden, aber wir sind die ersten, die so eine Spirale aus Materie beobachtet haben, die von dem Stern ausgeht und die von einer noch deutlich großen Schale umgeben ist", erklärt Matthias Maercker von der ESO und vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, der Erstautor der Studie, in der die Ergebnisse veröffentlicht werden.

Schnitte durch eine 3D-Ansicht der Materie um den roten Riesenstern R Sculptoris:


Rote Riesensterne wie "R Sculptoris" geben große Mengen an Materie in den umgebenden Weltraum ab. Sie sind damit die Hauptlieferanten des Gases und des Staubs, die den Großteil des Rohmaterials für die Bildung von Planetensystemen um neue Generationen von Sternen, und damit auch für das Leben darstellt.

Das Ergebnis stammt aus der Frühphase wissenschaftlicher Beobachtungen mit ALMA ("Early Science phase"). Doch selbst in dieser Frühphase übertrifft die Leistung der Anlage deutlich die anderer Submillimeterobservatorien. Zuvor gewonnene Datensätze zeigten zwar eine kugelförmige Hülle um "R Sculptoris", aber weder die Spiralstruktur noch Hinweise auf einen Begleiter.

"Während unserer Beobachtungen mit ALMA waren noch nicht mal die Hälfte der vorgesehenen Antennen vor Ort. Man stelle sich vor, was ALMA leisten können wird, wenn die Anlage ab 2013 komplett aufgebaut ist!" ergänzt Wouter Vlemmings von der Chalmers University of Technology in Schweden, einer der Ko-Autoren der Studie.

"Computerreinzeichnung" der Schnitte durch ein 3D-Modell der Materie um den roten Riesenstern R Sculptoris
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Kurz vor dem Ende ihres Lebens werden Sterne mit einer Masse von bis zu acht Sonnenmassen zu Roten Riesen und verlieren dann einen Großteil ihrer Masse in Form von starken Sternwinden. Während der Rote-Riesen-Phase finden außerdem zusätzlich regelmäßig sogenannte thermische Pulse statt: kurze, explosive Phasen, während derer in einer Hülle um den Zentralbereich des Sterns Heliumkerne zu Kohlenstoffkernen verschmelzen. Während jedes thermischen Pulses erhöht sich die Rate, mit der Materie von der Sternoberfläche in den umgebenden Raum strömt. So entstehen um den Stern herum ausgedehnte Hüllen aus Gas und Staub. Nach dem Puls geht die Massenverlustrate auf ihren normalen Wert zurück.

Thermische Pulse treten etwa alle 10.000 bis 50.000 Jahre auf und dauern jeweils nur wenige hundert Jahre. Die neuen Beobachtungen von
"R Sculptoris" zeigen, dass der Stern vor gut 1800 Jahren seinen letzten thermischen Puls erlebte, der etwa 200 Jahre währte. Der Begleitstern brachte den Sternwind von "R Sculptoris" dann in die jetzt beobachtete Spiralform.

"Dadurch, dass ALMA in der Lage ist, derart feine Details aufzulösen, können wir viel besser als zuvor nachvollziehen, was mit dem Stern vor, während und nach dem thermischen Puls passiert ist. Die Form der Hülle und der Spiralstruktur liefern uns die dafür nötigen Informationen", ergänzt Maercker. "Wir haben zwar durchaus damit gerechnet, dass ALMA uns einen ganz neuen Blick auf das Universum ermöglichen wird. Aber dass wir bereits mit einer der ersten Beobachtungen überhaupt völlig unerwartete neue Dinge zu Gesicht bekommen, ist schon etwas ganz besonderes."

Um die Entstehung der beobachteten Strukturen rund um "R Sculptoris" nachvollziehen zu können, hat das Astronomenteam Computersimulationen durchgeführt, die die Entwicklung eines Doppelsternsystems modellieren. Die resultierenden Modelle passen erstaunlich gut zu den neuen ALMA-Daten.

"Es ist eine beachtliche Herausforderung, all die Details, die ALMA liefert, auch theoretisch beschreiben zu können. Die resultierenden Modelle passen sehr gut zu den neuen ALMA-Daten. ALMA hat uns einen hervorragenden Einblick geliefert, wie sich diese Sterne verhalten - und damit auch, wie sich unsere Sonne in ein paar Milliarden Jahren entwickeln könnte", erläutert Shazrene Mohamed vom Argelander-Institut für Astronomie in Bonn und vom South African Astronomical Observatory in Südafrika, eine Ko-Autorin der Studie.

"Bald können uns ALMA-Beobachtungen von Sternen wie 'R Sculptoris' dabei helfen nachzuvollziehen, wie die chemischen Elemente, aus denen wir Menschen bestehen, auf einen Planeten wie die Erde gelangt sind. Und auch über die ferne Zukunft unseres eigenen Heimatsterns dürfte uns ALMA einiges verraten", schließt Matthias Maercker.
- Bei dieser Meldung handelt es sich um eine Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (ESO), eso.org