Antares‘ turbulenter Lebensabend

Eine Karte der Gasverteilung und –geschwindigkeiten in der Atmosphäre eines roten Überriesen liefert Erkenntnisse über das Ende eines Sterns

Wie sich ein Stern am Ende seines Lebens entwickelt, können Astrophysiker nun besser erforschen. Ein internationales Team, an dem auch Forscher des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie beteiligt waren, hat eine Momentaufnahme der turbulenten Bewegungen in der Atmosphäre von Antares eingefangen. Bislang sind solche Messungen nur für die Sonne gelungen. Antares liegt knapp 600 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild des Skorpions und hat einen großen Teil seines Brennstoffs verbraucht, sodass er im Stadium des roten Überriesen angelangt ist und peu á peu Materie verliert. Die Karte seiner Atmosphäre konnten die Forscher nur erstellen, indem sie gleich drei Teleskope der europäischen Südsternwarte ESO auf dem Paranal im nördlichen Chile miteinander verbanden.

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Original 1508158721
Turbulenter Abgang: Das erste relativ detaillierte Bild des roten Überriesensterns Antares zeigt die Sternscheibe in Gelb mit zwei stärker strahlenden Regionen in Weiß, dazu in Grün und Blau die ausgedehnte Atmosphäre des Sterns. Deren unregelmäßige Form mit einigen Ausstülpungen und die unterschiedlich verteilte Gasmenge deuten daraufhin, dass der Stern nur in manchen Regionen Materie verliert, und zwar in einer turbulenten Strömung.
Turbulenter Abgang: Das erste relativ detaillierte Bild des roten Überriesensterns Antares zeigt die Sternscheibe in Gelb mit zwei stärker strahlenden Regionen in Weiß, dazu in Grün und Blau die ausgedehnte Atmosphäre des Sterns. Deren unregelmäßige Form mit einigen Ausstülpungen und die unterschiedlich verteilte Gasmenge deuten daraufhin, dass der Stern nur in manchen Regionen Materie verliert, und zwar in einer turbulenten Strömung.

Das Leben eines Sterns endet mit einem furiosen Finale. Erst bläht er sich zu einem gewaltigen roten Feuerball auf – der Stern Antares, der die 12fache Masse der Sonne besitzt, wird dabei zu einem Ungetüm, das fast 700 Mal so groß wie die Sonne ist und an deren Platz sogar über die Umlaufbahn von Mars hinausragen würde. Später wird er den größten Teil seiner Materie in einer Supernova von sich schleudern. Schon vorher allerdings verlieren rote Überriesen wie Antares Materie. Ein Team um den Astronomen Keiichi Ohnaka von der Universidad Católica del Norte in Antofagasta, Chile, hat nun einen Blick auf diesen Massenverlust von Antares geworfen.

Den Forschern ist es gelungen, über die komplette Oberfläche von Antares sowohl dessen Strahlungsintensität, die ein Maß für seine Gasverteilung ist, als auch die Geschwindigkeit des Gases zu vermessen. „Zum ersten Mal haben wir eine zweidimensionale Karte der Dynamik, das heißt, der Bewegungen in der Atmosphäre, eines anderen Sterns als der Sonne erhalten“, erklärt Keiichi Ohnaka. Die Beobachtungen machten die Forscher mit dem Very Large Telescope (VLT) Interferometer der ESO. Drei Teleskope des VLT verknüpften sie mit dem AMBER-Instrument, das interferometrische mit spektroskopischen Untersuchungen kombiniert. Die Geschwindigkeit des Gases bestimmten sie in ihren Messungen über Verschiebungen von Frequenzen der Spektrallinien aufgrund des Dopplereffekts.

Masseverlust in verschiedenen Regionen und durch turbulente Strömung

Die Bilder, die das Team auf diese Weise von Antares erhielt, geben Hinweise darauf, dass die Materie beim Masseverlust eines alten Sterns nicht in geordneter Form ausgeworfen wird, sondern zufällig verteilt in verschiedenen Regionen seiner Oberfläche und in turbulenter Weise. Mit den Beobachtungen der Gasdynamik, den Bewegungen und den Geschwindigkeiten in der direkten Umgebung des Sterns, tragen die Forscher dazu bei, eine seit einem halben Jahrhundert ungelöste Frage zu erforschen: Wie in Stern in seiner späten Lebensphase Materie verliert. Bislang gibt es dazu verschiedene Modelle: Der Prozess könnte auf der ganzen Sternenoberfläche gleichmäßig verteilt stattfinden oder nur in manchen Regionen, die Materie könnte also in einem konstanten Fluss entweichen oder in einer turbulenten Strömung. 

Einige Bilder von Sternoberflächen sind zwar bereits vorher erstellt worden, aber nur für sehr wenige Sterne und ohne Informationen über die Gasbewegung in der Atmosphäre. Einzelne Teleskope können solche Details der Oberfläche nur für unsere Sonne auflösen. Wenn Astronomen allerdings die Strahlung einer Reihe von Einzelteleskopen interferometrisch miteinander verknüpfen, können sie die räumliche Auflösung erzielen, die entsprechende Messungen auch auf weiter entfernten Sternen ermöglicht. „Die damit erreichte Auflösung ist proportional zum Abstand der beteiligten Teleskope“, erklärt Karl-Heinz Hofmann. „Wie haben das AMBER-Instrument am Very Large Telescope Interferometer der ESO für unsere Messungen eingesetzt, weil es zudem Beobachtungen mit hoher spektraler Auflösung und die Messung von Gasgeschwindigkeiten ermöglicht.“

Ein dreidimensionales Bild der Sternenatmosphäre ist möglich

Das Forscherteam entwickelt die Methode inzwischen so weiter, dass sie die Atmosphäre auch dreidimensional darstellt: „Wenn wir Karten der Gasbewegung in unterschiedlichen Höhen durch die Sternatmosphäre erhalten, ergibt sich damit sogar ein dreidimensionales Bild der Gasbewegung in der Atmosphäre des Sterns“, erklärt Keiichi Ohnaka. Er und seine Kollegen verfolgen dabei das Ziel, den Prozess des Masseverlust komplett zu verstehen.

„Die Methode der interferometrischen Abbildung ermöglicht es uns nicht nur Sterne in späten Entwicklungsphasen zu untersuchen, sondern auch sehr junge Sterne mit noch vorhandener zirkumstellarer Scheibe, in der Planeten entstehen können, oder auch extragalaktische Objekte“, sagt Gerd Weigelt. Bei all diesen Untersuchungen müssten die Forscher sowohl eine hohe Winkelauflösung als auch eine hohe spektrale Auflösung erzielen, um die Geschwindigkeitsverteilung des Gases zu erforschen. Die Möglichkeiten solcher Untersuchungen wird das neue Interferometrie-Instrument MATISSE der ESO künftig noch erweitern, weil es zum ersten Mal Beobachtungen in einem ausgedehnten Wellenlängenbereich erlaubt. 

NJ/PH

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