Massereiche Sterne gewinnen ihren Magnetismus durch Kollisionen und Verschmelzungen mit anderen Sternen, wie ein bizarres Doppelsternsystem, das von einem staubigen, elementreichen Nebel umgeben ist, zeigt.
Im Inneren dieses bipolaren Nebels, der die Doppelbezeichnung NGC 6164/6165 trägt, befindet sich das Sternsystem HD 148937. HD 148937 befindet sich in etwa 3 800 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Norma auf der Südhalbkugel und enthält zwei massereiche Sterne, die umeinander kreisen. Einer dieser Sterne ist magnetisch, und zwar der hellste und heißeste massereiche Stern, von dem bekannt ist, dass er ein Magnetfeld hat. Das ist rätselhaft, denn nach dem, was wir über das Innere von Sternen wissen, sollten massereiche Sterne keine Magnetfelder haben.
Wir sind es gewohnt, uns die Sonne als einen magnetischen Stern vorzustellen, der Phänomene wie Sonnenflecken, Flares, Protuberanzen und den Sonnenwind antreibt. Der magnetische Dynamo entsteht im Inneren der Sonne, an der Grenze zwischen der inneren Strahlungsschicht und der äußeren Konvektionsschicht. In der Strahlungsschicht wird Energie aus dem Kern des Sterns durch Gammastrahlenphotonen transportiert; in der Konvektionsschicht wird diese Energie in einen Strom aus heißem Plasma umgewandelt, der zur sichtbaren Oberfläche der Sonne aufsteigt, wo die Energie als Licht und Wärme freigesetzt wird.
Eine künstlerische Darstellung der Stadien der Sternverschmelzung, von der engen Umkreisung (oben links) über die Kollision (oben rechts) und den Materialauswurf (unten links) bis hin zu dem bipolaren Nebel und dem Doppelsternsystem, das wir heute sehen (unten rechts). (Bildnachweis: ESO/L. Calçada/VPHAS+ Team)
Je weniger massiv ein Stern ist, desto größer ist der Anteil der Konvektionsschicht an seinem Volumen. Die kleinsten Roten Zwerge sind fast vollständig konvektiv und daher magnetisch sehr aktiv. Je massereicher ein Stern jedoch ist, desto kleiner ist die Konvektionsschicht. Das bedeutet, dass die massereichsten Sterne vollständig strahlend sind und ohne Konvektionsschicht kein Magnetfeld erzeugen können.
Dennoch wurde beobachtet, dass etwa 7 % der massereichsten Sterne ein Magnetfeld besitzen. Die Frage, die die Astronomen verblüfft hat, lautet: Wie kann das sein?
Die Antwort auf dieses Geheimnis könnte in HD 148937 liegen.
Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter
Die neuesten Nachrichten aus dem Weltraum, die neuesten Updates zu Raketenstarts, Himmelsbeobachtungen und mehr!
Durch die Übermittlung Ihrer Daten erklären Sie sich mit den Allgemeinen Geschäftsbedingungen und der Datenschutzrichtlinie einverstanden und sind mindestens 16 Jahre alt.
„Als ich mich über die Hintergründe informierte, fiel mir auf, wie besonders dieses System zu sein schien“, so Abigail Frost von der Europäischen Südsternwarte in einer Presseerklärung.
Frost und Hugues Sana von der KU Leuven in Belgien waren federführend bei den Bemühungen, HD 148937 genauer zu untersuchen, und nutzten dazu neun Jahre lang Beobachtungen des Very Large Telescope Interferometer der ESO, das die Kräfte von vier Acht-Meter-Teleskopen in Chile vereint.
„Nach einer detaillierten Analyse konnten wir feststellen, dass der massereichere Stern viel jünger zu sein scheint als sein Begleiter, was keinen Sinn ergibt, da sie zur gleichen Zeit entstanden sein müssten“, so Frost.
Ein Bild des bipolaren Nebels NGC 6164/6165, der das magnetische Doppelsternsystem HD 148937 beherbergt. Das Bild wurde mit dem VLT-Teleskop in Chile aufgenommen. (Bildnachweis: ESO/VPHAS+ Team)
Der massereichere der beiden Sterne, mit der 50- bis 60-fachen Sonnenmasse, ist der magnetische Stern. Nach seiner Temperatur zu urteilen, scheint er 1,5 Millionen Jahre jünger zu sein als sein Begleiter. Dies ist ein erheblicher Altersunterschied für massereiche Sterne, die normalerweise nur einige Millionen Jahre leben, bevor sie zur Supernova werden.
Die bipolare Form des Nebels deutet darauf hin, dass er durch eine Art Ausbruch eines der Sterne von HD 148937 innerhalb der letzten 7.500 Jahre entstanden ist. Der Nebel enthält hohe Konzentrationen von Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff – Elemente, die normalerweise in Sternen, aber nicht außerhalb von ihnen vorkommen.
Die Beobachtungen von
Frost und Sana konnten dieses besondere Sternenpuzzle zusammensetzen. Dass ein Stern in einem Doppelsternsystem jünger ist als sein Begleiter, ist ein sicheres Zeichen dafür, dass in den letzten paar tausend Jahren eine Verschmelzung zweier Sterne stattgefunden hat.
„Wir glauben, dass dieses System ursprünglich mindestens drei Sterne hatte“, sagt Sana. „Zwei von ihnen mussten an einem Punkt ihrer Umlaufbahn nahe beieinander sein, während ein anderer Stern viel weiter entfernt war.“
Wir können uns HD 148937 so vorstellen, wie es einmal war: ein enger Doppelstern auf einer kurzen Umlaufbahn, um den ein dritter Stern zirkumbinär war. Die beiden nahen Sterne schraubten sich zusammen und verschmolzen zu einem einzigen. Sie schleuderten überschüssiges Material entlang ihrer neuen Rotationsachse aus und bildeten so den Nebel. Im Inneren des neu verschmolzenen Sterns waren und sind die Dinge im Fluss. Das Sternmaterial der beiden Sterne wird aufgewirbelt und verleiht dem verschmolzenen Stern ein jugendlicheres und verjüngtes Aussehen, während im Inneren eine turbulente und konvektive Umgebung entsteht, die den Dynamo erzeugen kann, der dem Stern seine Magnetfeldstärke von einem Kilogauss verleiht (zum Vergleich: das Magnetfeld der Sonne hat eine durchschnittliche Stärke von 1 Gauss).
„Die beiden inneren Sterne verschmolzen auf gewaltsame Weise, wodurch ein magnetischer Stern entstand und etwas Material herausgeschleudert wurde, wodurch der Nebel entstand“, so Sana. „Der weiter entfernte Stern bildete eine neue Umlaufbahn mit dem neu verschmolzenen, nun magnetischen Stern, wodurch der Doppelstern entstand, den wir heute im Zentrum des Nebels sehen.“
Das Magnetfeld wird nicht von Dauer sein; das Innere des Sterns wird irgendwann vollständig durchmischt sein und sich beruhigen, um vollständig zu strahlen. Von da an wird der Magnetdynamo abschalten. Dies ist nicht nur ein weiterer Beweis dafür, dass die Verschmelzung erst vor relativ kurzer Zeit stattgefunden haben muss, sondern es relativiert auch die Zahl von 7 % der massereichen Sterne mit Magnetfeldern, was auf die Häufigkeit von Verschmelzungen in engen Doppelsternsystemen hindeutet.
Die Ergebnisse werden in einer am 12. April in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Arbeit vorgestellt.
