AMBER schaut in die Kinderstube von Planeten

Internationale Astronomenteams gelingen mit neuem Infrarot-Interferometer am VLT überraschende Einblicke in kosmische Gas- und Staubscheiben

25. November 2005

Zwei internationale Forscherteams, zu denen auch Astronomen des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie gehören, haben mit dem neuen Instrument AMBER des Very Large Telescope Interferometer der Europäischen Südsternwarte (ESO) neue Einblicke über die unmittelbare Umgebung von Sternen gewonnen, in der sich neue Planeten aus Gas und Staub bilden können. Eine Forschergruppe hat die einen jungen Stern umgebende Gas- und Staubscheibe sowie den stellaren Wind untersucht, der von diesem Stern ausgeht. Hierbei sind die Forscher auf bisher unbekannte Eigenschaften dieser innersten Sternumgebung gestoßen. Einer anderen Forschergruppe gelang es erstmals, das Gas- und Staubmaterial in der Umgebung eines ''Überriesen-Sterns'' zu analysieren. Beide Beobachtungsergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift "Astronomy & Astrophysics" veröffentlicht.

Künstlerische Darstellung des jungen Sterns MWC 297 (Querschnitt). Die Messungen mit dem Very Large Telescope Interferometer der ESO und dem AMBER-Instrument zeigen, dass der Stern von einer Gas- und Staubscheibe umgeben ist und dass ein Sternwind über- und unterhalb der Scheibe ins All bläst. In der jetzt erstmals analysierten Region, die eine Ausdehnung vergleichbar der Bahn des Mars um die Sonne hat, können aus dem Material der Staubscheibe neue Planeten entstehen.

Um die unmittelbare Region eines jungen Sterns mit bisher unerreichter Genauigkeit untersuchen zu können, nutzte das international zusammengesetztes Forscherteam unter Leitung von Fabien Malbet von der Universität Grenoble zwei Teleskope des Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der ESO auf dem Berg Cerro Paranal in Chile. Jedes der beiden Riesen-Teleskope hat einen Spiegeldurchmesser von 8,2 Meter, ihr Abstand untereinander beträgt 47 Meter. Beide Teleskope erzeugen Bilder des Zielobjekts - des jungen Sterns MWC 297 - im infraroten Spektralbereich. Werden diese Infrarot-Bilder gleichzeitig überlagert, erreicht man eine sehr hohe Auflösung - ein Verfahren, das man als Infrarot-Interferometrie bezeichnet. Die Messungen von MWC 297 erfolgten mit dem neuen Interferometrie-Instrument AMBER des VLTI, das es ermöglicht, gleichzeitig sowohl Bilder interferometrisch zu überlagern als auch das empfangene Licht in einzelne Wellenlängen (Spektroskopie) zu zerlegen.

Die Beobachtung und Analyse des jungen Sterns MWC 297 ist eines der ersten Forschungsergebnisse, das mit dem neuen AMBER-Instrument erzielt wurde. Dabei zeigte sich, dass MWC 297 von einer riesigen Scheibe aus Staub und Gas - einer Akkretionsscheibe - umgeben ist. Diese strahlt in vielen unterschiedlichen Wellenlängen im infraroten Spektralbereich. Zusätzlich geht von diesem Stern ein intensiver Sternwind mit hoher Geschwindigkeit aus. Dieser Sternwind strahlt im infraroten Spektralbereich nur Licht einer einzigen Wasserstoff-Emissionslinie, der Brackett-Gamma-Linie, aus. Mit AMBER ließen sich nun beide Lichtbestandteile getrennt messen. Dadurch war es erstmals möglich, sowohl die Ausdehnung der Akkretionsscheibe als auch des Sternwindes zu bestimmen. Die Infrarot-Strahlung der Scheibe entsteht in einem Gebiet, das 1,75 Astronomische Einheiten groß ist. Eine Astronomische Einheit entspricht der Entfernung der Erde von der Sonne (150 Millionen Kilometer). Das Wasserstofflicht des Sternwindes kommt hingegen aus einem wesentlich größeren Gebiet mit einer Ausdehnung von 2,5 Astronomischen Einheiten.

Zur genauen Auswertung der Messdaten setzten die Wissenschaftler eine neue Modellierungsmethode ein, mit deren Hilfe man die Akkretionsscheibe und den Sternwind gleichzeitig interpretieren kann. Demnach stößt der Stern das ionisierte Gas des Sternwindes in fast alle Raumrichtungen aus. Doch während sich das Gas in der Nähe der Scheibe mit einer Expansionsgeschwindigkeit von nur 60 Kilometer pro Sekunde bewegt, bläst der Sternwind in polarer Richtung mit Geschwindigkeiten von bis zu 600 Kilometer pro Sekunde. Diese Ergebnisse zeigen, dass es mit AMBER erstmals möglich ist, die physikalischen Eigenschaften von Staub und Gas in der unmittelbaren Umgebung von Sternen mit höchster Auflösung zu untersuchen. Da sich in genau diesen Regionen auch Planeten bilden, kann man nun völlig neuartige Informationen über die Entstehungsbedingungen von Planeten gewinnen.

Das AMBER-Instrument am VLTI. Der komplexe Aufbau enthält eine große Anzahl von optischen und mechanischen Komponenten für die gleichzeitige Interferometrie und Spektroskopie von kosmischen Objekten.

Beim zweiten Forschungsprojekt mit AMBER, das unter Leitung von Armando Domiciano de Souza vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn durchgeführt wurde, wurde erstmals Licht von drei der vier großen 8,2-Meter-Teleskope des VLTI erfolgreich überlagert. Im Gegensatz zu MWC 297 handelte es sich bei dem hier beobachteten Objekt CPD-57°2874 um keinen jungen, sondern einen massereichen älteren Stern. Dieser sogenannte Überriese ist ungefähr zehntausend Mal leuchtkräftiger als unsere Sonne und etwa fünfzig Mal so groß wie diese. Mit einer Entfernung von 8.000 Lichtjahren ist er etwa zehn Mal weiter von der Erde entfernt als MWC 297. Die detaillierten AMBER-Beobachtungen dieses Sterns tragen entscheidend zu einem besseren Verständnis bei, welche physikalischen Eigenschaften die Materie in ihrer Umgebung hat.

Das AMBER-Interferometrie-Instrument wurde für die Europäische Südsternwarte ESO von einem internationalen Konsortium gebaut, an dem folgende Institute beteiligt sind: Laboratoire Universitaire d'Astrophysique de Nice, Laboratoire d'Astrophysique de l'Observatoire de Grenoble, Laboratoire Gemini de l'Observatoire de la Cote d'Azur, Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und Osservatorio Astrofisico di Arcetri in Florenz. Principal Investigator dieses Projektes ist Romain Petrov von der Universität Nizza.

Die Entwicklung der Infrarot-Kamera und der Datenerfassungssoftware erfolgte unter Leitung von Prof. Gerd Weigelt, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn.

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