Aufnahme des seltsamen Radiokreises ORC J2103-6200 durch das MeerKAT-Teleskop, überlagert mit einem optischen Bild aus dem Dark Energy Survey (Bildnachweis: Jayanne English (U. Manitoba))
Ein mysteriöser Ring aus Radiolicht könnte von einer Art massereichem Stern erzeugt worden sein, dessen äußere Schichten von einem starken Strahlungswind weggeblasen wurden, so Astronomen, die diese Entdeckung mit dem MeerKAT-Radioteleskop in Südafrika gemacht haben.
Im Jahr 2019 bemerkten Astronomen, die eine Durchmusterung mit dem australischen Square Kilometer Array Pathfinder-Teleskop (ASKAP) durchführten, mehrere seltsame Ringe aus Radiolicht, die bei keiner anderen Wellenlänge des Lichts nachweisbar waren und keine offensichtliche Quelle hatten. Die Astronomen nannten sie „seltsame Radiokreise“, kurz ORCs.
Nur eine Handvoll ist bisher bekannt, aber jetzt wurde ein neuer ORC entdeckt, der alle Regeln bricht.
ASKAP ist ein technologischer Vorläufer des Square Kilometer Array (SKA), einer riesigen Anordnung von Radioschüsseln und Antennen, die zwischen Australien und Südafrika verteilt sein wird. Da trifft es sich gut, dass Südafrika mit dem MeerKAT, dem ursprünglichen Karou-Radioteleskop, das im Meerkat-Nationalpark des Landes steht, auch ein eigenes SKA-Vorläufer-Observatorium besitzt.
Bei Beobachtungen mit MeerKAT im November 2022 entdeckten Astronomen unter der Leitung von Cristobal Bordiu vom Observatorium Catania in Italien etwas Ungewöhnliches. Es war ein ORC, aber nicht dort, wo er eigentlich sein sollte.
Vor dieser Entdeckung wurden alle bisherigen ORCs in hohen galaktischen Breitengraden gefunden. Mit anderen Worten, sie befinden sich hoch über der Ebene unserer Milchstraßengalaxie, was bedeutet, dass sie sich entweder in unserer Galaxie in unserer Nähe befinden oder extragalaktisch sind. Tatsächlich enthalten mehrere ORCs eine Galaxie in der Mitte des Rings, und man nimmt an, dass diese ORCs durch einen Ausbruch dieser Galaxie entstanden sind, vielleicht durch ein Starburst-Ereignis, das zu vielen Supernovas führte, oder durch eine Verschmelzung zweier supermassereicher Schwarzer Löcher, die einen Energieimpuls auslöste.
Dieser neue ORC befindet sich jedoch nur sechs Grad über der Ebene unserer Galaxie, mitten in der Milchstraße, wie sie sich am Himmel darstellt. Außerdem scheint er von unserem Standpunkt aus recht nahe am galaktischen Zentrum zu liegen. Das könnte jedoch nur ein Zufall sein – er könnte viel näher oder viel weiter entfernt sein als das Zentrum unserer Galaxie, das 26.000 Lichtjahre entfernt ist.
Der ORC, katalogisiert als J1802-3353, hat von seinen Entdeckern den Spitznamen Kýklos erhalten, ein Wort, das auf Griechisch Kreis bedeutet. Kýklos erstreckt sich über 80 Bogensekunden am Himmel – eine Bogensekunde ist 1/3.600stel eines Grades. Der Ring selbst ist nur bei Radiowellenlängen zu sehen, wo er schwach, fleckig, dünn (nur 6 Bogensekunden dick) und fast ein perfekter Kreis ist. Sein Radiospektrum ist überraschend flach, was bedeutet, dass er im Gegensatz zu früheren ORCs keine bemerkenswerten Spektrallinien aufweist.
Bordius Team erkannte, dass es sich bei diesem ORC um etwas Neues handeln könnte, aber bevor sie das feststellen konnten, mussten sie die anderen Möglichkeiten ausschließen.
MeerKAT-Kontinuumsbilder von Kýklos (J1802-3353) im UHF- (links) und L-Band (rechts), bei Referenzfrequenzen von 815 und 1283 MHz. (Bildnachweis: Bordiu et al, 2024)
Die Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation hat drei Galaxien katalogisiert, die sich alle innerhalb von Kýklos am Himmel befinden. Eine Galaxie ist nur 3 Bogensekunden vom Zentrum des Rings entfernt, aber wenn Kýklos von dieser Galaxie erzeugt wurde, wäre es eine Herausforderung zu erklären, warum sie ein so flaches Spektrum im Vergleich zu anderen ORCs hat, die mit Galaxien verbunden sind.
Wenn Kýklos nicht extragalaktisch ist, dann muss er sich in unserer Milchstraßengalaxie befinden, was auf einen stellaren Ursprung schließen lässt. Supernova-Überreste sind oft runde Nebelstrukturen, die durch die Druckwelle eines explodierenden Sterns entstehen, der mit dem Gas und Staub im interstellaren Medium kollidiert.
Supernovaüberreste erzeugen jedoch in der Regel auch Röntgenstrahlung, und von Kýklos wurde keine Röntgenstrahlung entdeckt. Obwohl mehrere Pulsare, bei denen es sich um rotierende Neutronensterne handelt, die von einigen Supernovas erzeugt werden, von unserem Standpunkt aus innerhalb des Rings entdeckt wurden, haben wir keine Entfernungsinformationen über sie, um sagen zu können, ob sie mit dem Ring verbunden sind oder ob ihre Position lediglich ein Zufall der Sichtlinie ist.
Vielleicht handelt es sich bei Kýklos um einen planetarischen Nebel, d. h. um die abgestoßene Hülle eines sterbenden sonnenähnlichen Sterns. Ein planetarischer Nebel wird in der Regel etwa 3 Lichtjahre breit, bevor er sich auflöst. Wenn Kýklos ein planetarischer Nebel ist, muss er ungewöhnlich groß sein oder sich ziemlich nahe bei uns befinden, damit er am Himmel mit einer Breite von 80 Bogensekunden erscheint. (Zum Vergleich: Der wohl berühmteste planetarische Nebel ist der Ringnebel im Sternbild Leier, der in einer Entfernung von 2.200 Lichtjahren 230 Bogensekunden breit ist). Ein planetarischer Nebel erzeugt jedoch optische Emission, insbesondere im Wasserstoff-Alpha-Licht, aber ein solches Licht wurde noch nicht entdeckt.
Stattdessen könnte der Ring von einem massereichen, instabilen Stern, insbesondere einem Wolf-Rayet-Stern, erzeugt worden sein. Da ein Wolf-Rayet-Stern so massereich ist, kann er einen starken Strahlungswind erzeugen, der seine äußeren Schichten tief in den Weltraum bläst, seine Masse reduziert und ihn stabiler macht. Wolf-Rayet-Sterne erkennt man oft entweder an dem Nebel, den sie ausblasen, oder an ihrer Zusammensetzung – wenn ihre Wasserstoffhülle abgetrieben wird, liegen die schwereren Elemente wie Helium und Sauerstoff in ihren tieferen Schichten frei.
Obwohl kein Wolf-Rayet-Nebel in Kýklos zu sehen ist, ist dies kein Problem, da der schnelle Strahlungswind eines Wolf-Rayet-Sterns den staubigen Nebel in seiner Nähe schnell zerstört. Kälterer Staub, der weiter draußen liegt, würde überleben und bei 24 Mikrometern strahlen, aber das Team um Bordiu weist darauf hin, dass es bei dieser Wellenlänge keine Daten gibt, um sagen zu können, ob dieser kältere Staub vorhanden ist oder nicht. Es gibt jedoch noch andere Anzeichen, die für das Szenario eines Wolf-Rayet-Sterns sprechen, nämlich das flache Spektrum, das sehr typisch für diese Art von Stern ist, der Masse abwirft.
„Auf der Grundlage der begrenzten Daten, die derzeit verfügbar sind, scheinen die morphologischen und spektralen Merkmale von Kýklos eher mit denen einer Wolf-Rayet-Hülle übereinzustimmen“, schreibt Bordius Team in ihrem Forschungspapier.
Es stimmt, dass ein Wolf-Rayet-Stern im Inneren von Kýklos noch nicht identifiziert worden ist. Es gibt einen hellen Stern, HD 164455, aber er ist kein Wolf-Rayet-Stern. Gaia hat drei weitere Sternkandidaten identifiziert, darunter einen bläulichen Stern, der 24.500 Lichtjahre von uns entfernt ist. Wenn dies die Quelle von Kýklos ist, dann würde der Ring bei dieser Entfernung einen Durchmesser von etwa 10 Lichtjahren haben. Es gibt jedoch keine Spektraldaten zu diesem Stern, um zu sagen, ob es sich um einen Wolf-Rayet-Stern handelt oder nicht.
Der nächste Schritt wird daher darin bestehen, mit dem James-Webb-Weltraumteleskop nachzuforschen und diese Daten zu erhalten, um möglicherweise das Rätsel von Kýklos zu lösen.
Die Ergebnisse wurden zur Veröffentlichung in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics angenommen, und eine Preprint-Version ist auf arXiv verfügbar.
