Der Lichtriese offenbart eine fehlende Evolutionsstufe

Dr. Varsha Ramachandran vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) und Kollegen haben den ersten „masselosen“ Stern mittlerer Masse entdeckt. Die Entdeckung stellt ein fehlendes Glied in unserem Bild der Sternentwicklung hin zu verschmelzenden Neutronensternsystemen dar, das für unser Verständnis des Ursprungs schwerer Elemente wie Silber und Gold von wesentlicher Bedeutung ist. Dr. Ramachandran ist Postdoktorand in der Forschungsgruppe von Dr. Andreas Sander am Reschen Astronomy Institute (ARI) des ZAH. Diese Ergebnisse sind nun veröffentlicht in Astronomie und Astrophysik.

Das Forscherteam hat den ersten Vertreter von seit langem vorhergesagten, aber noch nicht bestätigten Sternen mittlerer Masse entdeckt. „Stumpfsterne“ sind Sterne, die den größten Teil ihrer äußeren Schichten verloren haben und ihre heißen, dichten, heliumreichen Kerne freilegen, die aus der Kernfusion von Wasserstoff mit Helium entstehen. Die meisten dieser nackten Sterne entstehen in Doppelsternsystemen, in denen die starke Schwerkraft eines Sterns nachlässt und sich Material von seinem Begleiter ansammelt.

Astrophysiker kennen seit langem die abstrakten, massearmen Sterne, sogenannte Sub-Zwerge, sowie ihre massereichen Cousins, sogenannte Wolf-Rayet-Sterne. Bisher konnten sie jedoch noch keinen dieser sogenannten „nackten Sterne mittlerer Masse“ finden, was die Frage aufwirft, ob unser grundlegendes theoretisches Bild einer größeren Überarbeitung bedarf.

Durch das Scannen heißer, heller Sterne mit den hochauflösenden Spektroskopieinstrumenten des VLT, dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile, entdeckten Dr. Ramachandran und ihre Kollegen verdächtige Signale im Spektrum eines einst massereichen heißen Sterns. Als einzelnes Objekt klassifiziert. Eine detaillierte Untersuchung des Spektrums ergab, dass es sich bei dem Objekt nicht um einen einzelnen Stern, sondern tatsächlich um ein Doppelsternsystem handelt, das aus einem Stern mittlerer Masse und einem sich schnell drehenden Anhang, einem sogenannten Be-Stern, besteht, der von der sich ansammelnden Masse des Sterns umhüllt ist der nackte Vorfahre des Sterns.

Das System befindet sich in einer benachbarten Zwerggalaxie namens Kleine Magellansche Wolke (SMC). Die Sterne in dieser Galaxie weisen eine geringere Häufigkeit schwererer Elemente auf, die Astrophysiker einfach „Metalle“ nennen, als die massereichen Sterne in unserer eigenen Milchstraße. Somit dienen die massereichen, metallarmen Sterne im SMC als Fenster in die Vergangenheit unserer Galaxie und in die chemische Entwicklung des Universums.

Dr. Ramachandran schloss ihr Grundstudium in Indien ab, bevor sie nach Potsdam zog, um dort zu promovieren. Sie arbeitet seit September 2021 am ZAH / ARI. „Mit unserer Entdeckung beweisen wir, dass es tatsächlich lange verlorene Cluster dieser Sterne gibt. Unsere Ergebnisse deuten aber auch darauf hin, dass sie möglicherweise ganz anders aussehen, als wir erwartet hatten“, erklärt Dr. Ramachandran, der das hinzufügt, anstatt ihr Äußeres vollständig zu verlieren Schichten können sie zurückhalten. Solche Sterne haben eine kleine, aber ausreichende Menge Wasserstoff über ihren Heliumkernen, was sie viel größer und kühler erscheinen lässt, als sie tatsächlich sind.

„Deshalb nennen wir sie ‚teilweise nackte Sterne‘“, fügt sie hinzu. Dr. Andreas Sander weist darauf hin, dass der verbleibende Mantel aus Wasserstoff eine Form der Tarnung darstellt. „Teilweise nackte Sterne sehen normalen, nichtnackten Sternen sehr ähnlich und so weiter.“ verstecken sich im Wesentlichen vor den Augen der Öffentlichkeit. Nur hochauflösende Daten in Kombination mit sorgfältiger Spektralanalyse und detaillierten Computermodellen können seine wahre Natur offenbaren.“

Es überrascht nicht, dass sie so lange der Entdeckung entgangen sind. „Das besondere Geschenk dieses Sterns war seine Masse: Er scheint ein paar Mal massereicher als unsere Sonne zu sein, aber das ist ein ungewöhnliches Licht für sein riesiges blaues Aussehen“, erklärt der Forschungsgruppenleiter.

Dr. Jacob Klinke, unabhängiger Forschungsstipendiat am Europäischen Südobservatorium (ESO) und Mitautor der betreffenden Forschungsarbeit, erklärt, dass das neu entdeckte System als entscheidendes Glied in der Evolutionskette dient, die mehrere verschiedene „Arten“ verbindet. von fremden Organismen. „Unsere Modelle der Sternentwicklung sagen voraus, dass der nackte Stern in etwa einer Million Jahren als vermutlich umhüllte Supernova explodieren und einen Neutronensternrest zurücklassen wird“, sagt Dr. Klinke.

Die von Dr. Ramachandran und ihren Kollegen gemachte Entdeckung markiert den ersten nackten Stern, der bisher in einer mineralarmen Galaxie gefunden wurde. Wenn der Doppelstern die Supernova-Explosion überlebt, vertauschen sich die Rollen der beiden Sterne: Der Be-Stern-Begleiter spendet dann Masse an den Neutronensternkomplex und wird zu einem sogenannten Be-Strahlen-Doppelstern.

Solche bemerkenswerten Systeme gelten als Vorläufer der Verschmelzung doppelter Neutronensterne, der vielleicht größten bisher beobachteten kosmischen Szenen und als Ursprung chemischer Elemente wie Silber oder Gold. Das Verständnis ihres Entstehungswegs ist eine der größten Herausforderungen der modernen Astrophysik, und Beobachtungen von Zwischenstadien der Evolution sind hierfür unerlässlich.

„Unsere Entdeckung fügt dem Puzzle ein wichtiges Teil hinzu und liefert die ersten direkten Einschränkungen dafür, wie die Entwicklung des Stofftransports in solchen massereichen Sternsystemen abläuft“, schließt Dr. Ramachandran.