Eine Illustration des Sternhaufens R136 in der Großen Magellanschen Wolke, der entlaufene Sterne ausstößt (Bildnachweis: Danielle Futselaar, James Webb Space Telescope/NIRCam – NASA, ESA, CSA und STScI.)
Mit dem europäischen Weltraumteleskop Gaia haben Astronomen 55 entlaufene Sterne identifiziert, die mit hoher Geschwindigkeit aus einem dicht gepackten jungen Sternhaufen in der Großen Magellanschen Wolke (LMC), einer Satellitengalaxie unserer eigenen Milchstraße, ausgestoßen werden. Dies ist das erste Mal, dass so viele Sterne aus einem einzigen Sternhaufen entkommen sind.
Der Sternhaufen R136, der sich in einer Entfernung von etwa 158.000 Lichtjahren befindet, beherbergt Hunderttausende von Sternen und liegt in einer massiven Region mit intensiver Sternbildung in der LMC. Er beherbergt einige der größten Sterne, die Astronomen je gesehen haben, einige mit der 300-fachen Masse der Sonne.
Die entlaufenen Sterne wurden in den letzten zwei Millionen Jahren in zwei Ausbrüchen ausgestoßen. Einige von ihnen rasen mit über 100.000 km/h von ihrem Zuhause weg – etwa 80 Mal so schnell wie die Schallgeschwindigkeit auf der Erde. Die Ausreißer, die massiv genug sind, um in Supernovae zu sterben und schwarze Löcher oder Neutronensterne zu hinterlassen, verhalten sich wie kosmische Raketen und explodieren bis zu 1.000 Lichtjahre von ihrem Ursprungsort entfernt.
Die Entdeckung wurde von einem Astronomenteam unter der Leitung des Forschers Mitchel Stoop von der Universität Amsterdam mithilfe von Gaia gemacht, das die Positionen von Milliarden von Sternen genau überwacht. Die Entdeckung erhöht die Zahl der bekannten entlaufenen Sterne um den Faktor 10.
Wissenschaftler gehen davon aus, dass Sterne aus jungen Sternhaufen wie R136 – der schätzungsweise weniger als 2 Millionen Jahre alt ist (das mag uralt erscheinen, aber man vergleiche es mit unserem 4,6 Milliarden Jahre alten Sonnensystem) – vertrieben werden, wenn überfüllte stellare Neugeborene ihre Bahnen kreuzen und ihre Umlaufbahnen durch die Gravitation gestört werden. Was das Team jedoch überraschte, war die Erkenntnis, dass in R136 mehr als ein größeres Entweichungsereignis stattgefunden hatte, und das zweite sogar erst vor kurzem (zumindest aus kosmischer Sicht).
„Die erste Episode fand vor 1,8 Millionen Jahren statt, als sich der Haufen bildete, und passt zu dem Ausstoß von Sternen während der Entstehung des Haufens“, so Stoop in einer Erklärung. „Die zweite Episode liegt nur 200.000 Jahre zurück und weist ganz andere Merkmale auf.
„Zum Beispiel bewegen sich die entlaufenen Sterne in dieser zweiten Episode langsamer und werden nicht wie in der ersten Episode in zufällige Richtungen weggeschossen, sondern in eine bevorzugte Richtung.“
Der junge und dichte Sternhaufen R136 ist rechts unten auf einem Bild der LMC zu sehen, das vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurde. (Bildnachweis: NASA, ESA, P. Crowther (Universität von Sheffield))
Man nimmt an, dass diese beiden Episoden dazu geführt haben, dass R136 in den letzten Millionen Jahren bis zu einem Drittel seiner massereichsten Sterne ausgestoßen hat.
„Wir glauben, dass die zweite Episode des Abschießens von Sternen auf die Interaktion von R136 mit einem anderen nahegelegenen Sternhaufen zurückzuführen ist, der erst 2012 entdeckt wurde“, sagte Alex de Koter, Mitglied des Teams und Forscher an der Universität Amsterdam, in der Erklärung. „Die zweite Episode könnte ein Vorbote dafür sein, dass sich die beiden Haufen in naher Zukunft vermischen und verschmelzen werden.“
Massereiche Sterne, wie sie von diesem jungen Sternhaufen ausgestoßen werden, können millionenfach heller sein als die Sonne und strahlen einen Großteil ihrer Energie als intensives ultraviolettes Licht ab. Doch diese Kraft hat ihren Preis: Massereiche Sterne wie diese verbrauchen ihren Brennstoff für die Kernfusion schnell.
Das bedeutet, dass unsere Sonne etwa 10 Milliarden Jahre lang leben wird, während das Leben massereicher Sterne schon nach wenigen Millionen Jahren zu Ende geht. Die Sonne wird ihr Leben mit einem Wimmern beenden und als abkühlender stellarer Überrest, der Weiße Zwerg genannt wird, vergehen, aber diese massereichen Sterne gehen mit einem Knall zu Ende, indem sie in Supernova-Explosionen ausbrechen.
Prima-Donna-Sternhaufen verliert seine Sternenkraft
R136 ist nicht nur wegen seiner riesigen Population massereicher Sterne etwas Besonderes; er ist der „Primadonna“-Sternhaufen der größten sternengebärenden Region des Weltraums, die nur fünf Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
„Jetzt, da wir entdeckt haben, dass ein Drittel der massereichen Sterne schon früh in ihrem Leben aus ihren Geburtsregionen herausgeschleudert werden und dass sie ihren Einfluss über diese Regionen hinaus ausüben, ist der Einfluss massereicher Sterne auf die Struktur und die Entwicklung von Galaxien wahrscheinlich viel größer als bisher angenommen“, sagte Lex Kaper, Mitglied des Teams und Forscher an der Universität Amsterdam, in derselben Erklärung. „Es ist sogar möglich, dass entlaufene Sterne, die sich im frühen Universum gebildet haben, einen wichtigen Beitrag zur sogenannten Re-Ionisierung des Universums geleistet haben, die durch ultraviolettes Licht verursacht wurde.“
Die Re-Ionisierung des Universums bezieht sich auf eine entscheidende Phase der kosmischen Entwicklung, die stattfand, als das heute 13,8 Milliarden Jahre alte Universum noch ein Kind war, etwa eine Milliarde Jahre alt. Zu dieser Zeit erzeugte das Licht der frühen Sterne Blasen aus ionisiertem Gas im interstellaren Material. Diese ionisierten Blasen wuchsen im Gleichschritt mit den frühen Galaxien und reionisierten den gesamten Wasserstoff, indem sie die Elektronen von den Wasserstoffkernen trennten. Dies markierte den Übergang von der kosmischen Morgendämmerung zu einem „reifen“ kosmischen Stadium, das die Entwicklung „normaler“ Galaxien ermöglichte.
Eine andere Sternentstehungsregion der LMC, die nicht ganz so profiliert ist wie die Heimat von R136, gesehen vom JWST. (Bildnachweis: ESA/Webb, NASA & CSA, O. Nayak, M. Meixner)
Das Hauptziel der Forschung des Teams war es, die Fähigkeiten von Gaia zu testen, einer Mission der Europäischen Weltraumorganisation, deren Aufgabe es ist, Daten zu sammeln, um eine 3D-Karte der Milchstraße zu erstellen. Die LMC bietet einen guten Test, da sie viel weiter entfernt ist als die Sterne, die Gaia normalerweise in unserer Heimatgalaxie untersucht.
„R136 hat sich erst vor 1,8 Millionen Jahren gebildet, so dass die entlaufenen Sterne noch nicht so weit entfernt sein können, dass es unmöglich wird, sie zu identifizieren“, schloss De Koter. „Wenn man viele dieser Sterne findet, kann man zuverlässige statistische Aussagen machen. Das hat besser geklappt als erwartet, und wir sind sehr zufrieden mit den Ergebnissen. Etwas Neues zu entdecken, ist für einen Wissenschaftler immer aufregend.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 9. Oktober in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
