Nicht viele Sterne können von sich behaupten, beinahe unser Verständnis vom Universum kaputt gemacht zu haben – aber ein Stern mit der Bezeichnung HD 140283 hätte es fast geschafft: Im Jahr 2000 schätzten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sein Alter auf 16 Milliarden Jahre. Und damit wäre dieser so unscheinbare Stern älter als das Universum selbst. Er liegt in rund 190 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Waage und ist von der Erde aus zwar nicht mit dem bloßen Auge, aber doch immerhin schon mit einem Fernglas sichtbar. Seinen Spitznamen als „Methusalem-Stern“ hat er sich damit mehr als verdient.

In den darauffolgenden Jahren korrigierten neue Messungen und Studien dieses Alter glücklicherweise nach unten. Inzwischen gilt HD 140283 zwar immer noch als alt, aber nicht mehr als älter als das Universum selbst. Trotz seines stolzen Alters ist eines wissenschaftlich sicher: Der Methusalem-Stern ist keiner von den allerersten Sternen, die es in unserem Universum je gegeben hat – doch auf die haben sie es abgesehen.

Forschende bezeichnen jene ersten Sterne im Universum auch als Sterne der Population III. Es sind die Sterne, die nach dem Urknall als erstes Licht ins Dunkel brachten. Damals, vor Milliarden von Jahren, gab es im Universum vor allem Wasserstoff und Helium. Erst die ersten Sterne haben jene massereicheren Elemente hergestellt, die wir heute kennen und schätzen – und ohne die es uns nicht geben würde: Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, und noch schwerere Elemente bis hin zum Eisen.

Somit ist zwar vollkommen klar, dass es diese ersten Sterne gegeben haben muss. Und doch haben Forschende noch nie einen solchen Stern beobachtet, trotz Jahrzehnten der intensiven Suche.

In dieser Folge erzählt Franzi von dieser Suche nach den Sternen der Population III, die Licht ins Universum gebracht haben – eine Suche, für die Forschende versuchen, mit dem James Webb-Weltraumteleskop so weit in die Vergangenheit zu blicken wie möglich. Aber auch unsere eigene Milchstraße bleibt ein möglicher Fundort für die wahren Methusalem-Sterne.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf Apple Podcasts oder Spotify zu finden.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• AstroGeo Podcast
• Population III Sterne

Der Beitrag AstroGeo Podcast: Wo sind die ersten Sterne? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Beitrag von Anna-Janina Stöhr, Quellen: ChinaCulture, Cornell University, Harvard University Press, Astronomy & Astrophysics, 23. Dezember 2025.

Für die Liebe braucht es immer zwei Menschen und auch am Himmel scheint es ein legendäres Liebespaar zu geben: Altair und Wega, die in verschiedenen Kulturen, besonders in China, als Sternenliebende gelten.
In diesem Teil der Astrophilie-Reihe werden die Geschichte der zwei sowie ein paar astronomische Fakten zu den Sternen erzählt.

Die Geschichte der ewigen Liebenden: Altair & Wega

Zunächst müssen wir die beiden Protagonisten kennenlernen. Altair ist der hellste Stern im Sternbild Aquila (Adler); Wega (auch Vega) ist der Hauptstern des Sternbildes Leier (Lyra). Zusammen mit dem Stern Deneb bilden sie auch das bekannte Sommerdreieck. In der chinesischen Volkssage “Kuhhirte und Weberin” werden die beiden Sterne personifiziert als Zhinu (織女), die Weberin (Vega), und Niulang (牛郎), der Kuhhirte (Altair). Die Geschichte ist bereits über 2000 Jahre alt und entwickelte sich langsam während der Han-Dynastie (206 v. Chr. – 220 n. Chr.)¹. Wie für solche Volkssagen üblich, gibt es entsprechend nicht „die eine“ offizielle Version und die verschiedensten Überlieferungen variieren in Details. Grundsätzlich lasen die Menschen damals jedoch das folgende aus dem Sternenhimmel:

Der Kuhhirte Niulang begegnete eines Tages sieben Feenschwestern, die in einem See badeten. Mit Hilfe seines schelmischen Ochsen stahl er ihre Kleider. Die jüngste und schönste Schwester, Zhinu, sollte daraufhin die Kleidung der Feen wieder zurückholen. Da Niulang sie somit jedoch nackt gesehen hatte, stimmten die zwei einer Heirat zu. Sie lebten glücklich zusammen und bekamen zwei Kinder.
Doch die Himmelsgöttin (oder in manchen Versionen Zhinus Mutter) erfuhr, dass die Fee einen sterblichen Mann geheiratet hatte, und befahl Zhinu, zurück in den Himmel zu kehren, wo sie wieder ihrer Aufgabe des Wolkenwebens nachgehen musste.
Niulang war verzweifelt. Sein sprechender Ochse riet ihm, ihn zu töten, die Haut anzuziehen und so in den Himmel zu gelangen. Niulang folgte dem Rat, nahm die Kinder mit und suchte seine Frau im Himmel.
Die Göttin entdeckte dies und war wütend. Mit ihrer Haarnadel zog sie einen breiten Fluss am Himmel (die Milchstraße) um die Liebenden für immer zu trennen. Zhinu sitzt nun auf einer Seite des Himmelsflusses und webt traurig, während Niulang sie von der anderen Seite aus beobachtet und sich um ihre Kinder kümmert.
Doch einmal im Jahr haben die Elstern Mitleid mit ihnen, und zwar am siebten Tag des siebten Monats des Mondkalenders: Sie bilden über der Milchstraße eine Brücke aus Flügeln, sodass Niulang und Zhinu für eine Nacht vereint sein können. Zur Feier der Liebenden wird in China jährlich das Qixi Fest veranstaltet².

Die Protagonisten im Überblick

Doch wer genau steckt hinter den beiden Liebenden, und was ist an diesen Sternen so besonders?

• Vega liegt nördlich (bzw. „auf der einen Seite“) der Milchstraße, Altair liegt südlich („auf der anderen Seite“) davon. Um den siebten Tag des siebten Mondmonats stehen Altair und Vega besonders hoch, die Milchstraße wirkt schmaler zwischen ihnen und die Sterne erscheinen visuell auffällig nah beieinander. Entsprechend entstand die Legende, dass die Elstern eine Brücke für die zwei gebaut haben.
• Vega ist ein schnell rotierender Stern, etwa 25 Lichtjahre von der Erde entfernt. Interferometrische Messungen zeigen, dass Vega ein sogenannter Rapid Rotator ist, der fast am Rotationsabbruchlimit rotiert und stark abgeplattet ist³.
• Vega hat eine Staub-/Trümmerscheibe um sich herum. Diese wurde erstmals als Infrarot-Überschuss entdeckt⁴.
• Altair rotiert ebenso als Rapid Rotator extrem schnell, mit äquatorialer Rotationsgeschwindigkeit von etwa 250–290 km/s, und ist etwa 17 Lichtjahre von der Erde entfernt⁵. Dadurch ist er ebenfalls abgeplattet.
• Altair ist ein Delta Scuti-Stern, das heißt, er zeigt schwache Helligkeitsschwankungen durch innere Pulsation⁶.
• In der chinesischen Raumfahrt wird der Mythos der zwei Sternenliebenden als Namensgeber für ein Relais-Satellitensystem zur Kommunikation genutzt: Elsterbrücke, oder auch Queqiao (鹊桥).

Der nächste Teil der Astrophilie-Serie wird sich mit dem Asteroiden Eros beschäftigen.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Astrophilie: Über die Romantik des Weltraums

1. Mark Edward Lewis, The Early Chinese Empires: Qin and Han, Harvard University Press. ︎
2. https://en.chinaculture.org/focus/focus/2010qixi/2010-08/16/content_391106.html ︎
3. https://arxiv.org/abs/astro-ph/0603327 ︎
4. https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2010/10/aa14574-10/aa14574-10.html ︎
5. https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/07/aa49833-24/aa49833-24.html ︎
6. https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/07/aa49833-24/aa49833-24.html ︎

Der Beitrag Astrophilie: Das Sternenpaar Altair & Wega erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: AIP 31. Juli 2024.

31. Juli 2024 – Die alten Sterne bildeten die dünne Scheibe der Milchstraße bereits weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall, mehrere Milliarden Jahre früher als bisher angenommen.

Die Milchstraße besteht aus einem großen Halo, einer zentralen Ausbuchtung und einem Balken, einer dicken Scheibe und einer dünnen Scheibe. Die meisten Sterne befinden sich in der sogenannten dünnen Scheibe unserer Milchstraße und folgen einer organisierten Rotation um das galaktische Zentrum. Sterne mittleren Alters, wie unsere 4,6 Milliarden Jahre alte Sonne, gehören zur dünnen Scheibe, von der man annimmt, dass sie vor etwa 8 bis 10 Milliarden Jahren entstanden ist.

Zu verstehen, wie sich die Milchstraße gebildet hat, ist ein wichtiges Ziel der galaktischen Archäologie. Dazu werden detaillierte Karten der Galaxis benötigt, die das Alter, die chemische Zusammensetzung und die Bewegungen der Sterne zeigen. Diese Karten, die als chrono-chemo-kinematische Karten bezeichnet werden, helfen dabei, die Geschichte unserer Galaxie zu verstehen. Die Erstellung dieser detaillierten Karten ist eine Herausforderung, denn sie erfordert große Datensätze von Sternen mit genau bekannten Altersangaben.

Ein gängiger Ansatz zur Bewältigung dieser Herausforderung ist die Untersuchung sehr metallarmer, alter Sterne, die ein Fenster in die Frühzeit der Milchstraße darstellen. Sehr metallarme Sterne sind als alt bekannt, weil sie zu den ersten Sternen gehörten, die sich bildeten, als das Universum noch größtenteils aus Wasserstoff und Helium bestand, bevor viele der schwereren Elemente durch nachfolgende Generationen von Sternen erzeugt und verteilt wurden.

Anhand eines Datensatzes der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) untersuchte ein internationales Team unter der Leitung von Astronomen des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) Sterne in der Sonnenumgebung, etwa 3200 Lichtjahre um die Sonne. Dabei entdeckten sie eine überraschende Anzahl sehr alter Sterne in dünnen Scheibenbahnen; die meisten von ihnen sind älter als 10 Milliarden Jahre, einige sogar älter als 13 Milliarden Jahre. Diese alten Sterne weisen eine große Bandbreite an Metallzusammensetzungen auf: einige sind sehr metallarm (wie erwartet), während andere einen doppelt so hohen Metallgehalt wie unsere viel jüngere Sonne aufweisen, was darauf hindeutet, dass in der frühen Phase der Entwicklung der Milchstraße eine rasche Metallanreicherung stattgefunden hat.

„Diese alten Sterne in der Scheibe deuten darauf hin, dass die Bildung der dünnen Scheibe der Milchstraße viel früher begann als bisher angenommen, etwa 4-5 Milliarden Jahre“, erklärt Samir Nepal vom AIP und Erstautor der Studie. „Diese Studie zeigt auch, dass unsere Galaxie in frühen Epochen eine intensive Sternentstehung hatte, die zu einer sehr schnellen Metallanreicherung in den inneren Regionen und der Bildung der Scheibe führte. Diese Entdeckung bringt die Zeitspanne der Scheibenbildung in der Milchstraße in Einklang mit der Zeitspanne von Galaxien mit hoher Rotverschiebung, die vom James Webb Space Telescope (JWST) und dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) Radioteleskop beobachtet wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich kalte Scheiben schon sehr früh in der Geschichte des Universums bilden und stabilisieren konnten, was neue Erkenntnisse über die Entwicklung von Galaxien liefert.“

„Unsere Studie deutet darauf hin, dass sich die dünne Scheibe der Milchstraße viel früher gebildet haben könnte, als wir dachten, und dass ihre Entstehung eng mit der frühen chemischen Anreicherung in den innersten Regionen unserer Galaxie zusammenhängt“, erklärt Cristina Chiappini. „Die Kombination von Daten aus verschiedenen Quellen und die Anwendung fortschrittlicher maschineller Lerntechnologien haben es uns ermöglicht, die Zahl der Sterne mit qualitativ hochwertigen stellaren Parametern zu erhöhen – ein wichtiger Schritt, der unser Team zu diesen neuen Erkenntnissen geführt hat.“

Die Ergebnisse wurden durch die dritte Datenveröffentlichung der Gaia-Mission ermöglicht. Das Team analysierte die Sternparameter von mehr als 800.000 Sternen mithilfe einer neuartigen Methode des maschinellen Lernens, die Informationen aus verschiedenen Datentypen kombiniert, um verbesserte Sternparameter mit hoher Präzision zu erhalten. Zu diesen präzisen Messungen gehören Schwerkraft, Temperatur, Metallgehalt, Entfernungen, Kinematik und das Alter der Sterne. In Zukunft wird ein ähnliches maschinelles Lernverfahren verwendet werden, um Millionen von Spektren zu analysieren, die im Rahmen der 4MIDABLE-LR-Durchmusterung mit dem 4-Meter-Multi-Object Spectroscopic Telescope (4MOST) gesammelt werden, dass im Jahr 2025 seinen Betrieb aufnimmt.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Die Milchstraße

Der Beitrag AIP: Entdeckung uralter Sterne auf der dünnen Scheibe der Milchstraße erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Wien 10. Juli 2024.

10. Juli 2024 – Extrem schnell bewegte Sterne im Sternhaufen Omega Centauri, die eine neue Untersuchung ausfindig gemacht hat, zeigen: Im Zentrum des Sternhaufens befindet sich ein Schwarzes Loch mit mindestens 8.200 Sonnenmassen – damit ist dieses massereiche schwarze Loch das uns am nächsten liegende. Mit dieser Entdeckung konnten Forscher*innen des Max-Planck-Instituts für Astronomie unter Beteiligung der Universität Wien erstmals die Existenz eines Schwarzen Lochs mittlerer Masse nachweisen. Der Fund bestätigt außerdem, dass Omega Centauri die Kernregion einer Galaxie ist, die vor Milliarden von Jahren von der Milchstraße verschluckt wurde. Ohne seine äußeren Sterne hat sich der Galaxienkern seither so gut wie nicht weiterentwickelt. Die Studie wurde aktuell im renommierten Fachmagazin Nature veröffentlicht.

Omega Centauri ist eine spektakuläre Ansammlung von etwa zehn Millionen Sternen, die in südlichen Breitengraden als Fleck am Nachthimmel sichtbar ist. Durch ein kleines Teleskop sieht er nicht anders aus als andere so genannte Kugelsternhaufen. Die neue Studie bestätigt nun, was Astronom*innen schon seit längerem vermutet hatten: Omega Centauri enthält ein zentrales Schwarzes Loch. Mit einer Entfernung von etwa 18.000 Lichtjahren ist dies das nächstgelegene bekannte Beispiel für ein massereiches Schwarzes Loch. Im Vergleich dazu: Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße befindet sich rund 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Aber nicht nur die Nähe zur Erde macht diesen Fund besonders. Die Astronomie kennt für Schwarze Löcher unterschiedliche Massebereiche. Stellare Schwarze Löcher mit einer bis zu einigen Dutzend Sonnenmassen sind kleinere schwarze Löcher und vergleichsweise gut erforscht, ebenso wie supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien, mit Massen von Millionen oder sogar Milliarden Sonnen. Umfassende Beweise und Forschung zu mittelgroßen schwarzen Löchern fehlten – bis jetzt. Mit mindestens 8.200 Sonnenmassen ist das Schwarze Loch in Omega Centauri der erste Nachweis eines solchen mittelgroßen Schwarzen Lochs.

Momentaufnahme der Galaxien-Evolution
„Omega Centauri ist etwas ganz Besonderes. Als Kern einer ehemals selbstständigen Galaxie, die dann mit der Milchstraße verschmolz und dabei alle Sterne außer jenen der Kernregion verlor, ist Omega Centauri eine Art Momentaufnahme aus der Galaxienevolution“, erklärt Glenn van de Ven, einer der Autor*innen der neuen Studie und Leiter des Instituts für Astrophysik an der Universität Wien. Es gibt keine weiteren Verschmelzungen und keine Möglichkeit für das zentrale Schwarze Loch, zu wachsen. Das Schwarze Loch bleibt in der Größe erhalten, die es hatte, als Omega Centauri von der Milchstraße verschluckt wurde. „Wir wissen nicht genau wie supermassereiche Schwarze Löcher entstanden sind, aber es ist möglich, dass sie aus mittelgroßen Schwarzen Löchern gewachsen sind. Wir haben nun den ersten Beweis gefunden, dass es solche mittelgroße Schwarze Löcher tatsächlich gibt“, ergänzt Anja Feldmeier-Krause von der Universität Wien und ebenfalls eine der Autor*innen.

Geschwindigkeiten von 1,4 Millionen Sternen zum Nachweis bestimmt
Der nun gelungene Nachweis stellte die Astronom*innen vor eine zeitaufwändige Herausforderung. Federführend war Maximilian Häberle, ein Doktorand am Max-Planck-Institut für Astronomie und Leiter der Studie. Er bestimmte anhand von über 500 Archivbildern des Weltraumteleskops Hubble die Geschwindigkeiten von 1,4 Millionen Sternen. „Die Suche nach schnellen Sternen und die Dokumentation ihrer Bewegung war die sprichwörtliche Suche nach der Nadel im Heuhaufen“, so Häberle. Doch am Ende hatte Häberle nicht nur den bisher vollständigsten Katalog der Bewegung von Sternen in Omega Centauri (veröffentlicht in einem separaten Artikel). Er konnte zudem sieben auffällige, sich schnell bewegende Sterne in einer kleinen Region im Zentrum von Omega Centauri ausmachen.

Anhand dieser sieben Sterne mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Bewegungsrichtungen konnten Häberle und seine Kolleg*innen die unterschiedlichen Effekte trennen und feststellen, dass sich im Zentrum von Omega Centauri eine Masse mit mindestens 8.200 Sonnenmassen befindet. Diese detaillierte Untersuchung verschaffte den Forscher*innen auch statistische Sicherheit: Die Beobachtung von sieben solcher Sterne kann kein Zufall sein und lässt keinen Raum für andere Erklärungen als ein Schwarzes Loch.

Beobachtungszeit mit dem Weltraumteleskop JWST soll in weiterer Folge noch mehr Details bringen, die Wissenschafter*innen wollen etwa die Bewegung der schnellen Sterne auf die Erde zu oder von ihr weg messen (Radialgeschwindigkeiten). Auch mit derzeit im Bau befindlichen neuen Instrumenten (GRAVITY+ am VLT der ESO, MICADO am Extremely Large Telescope) wird es möglich sein, Sternpositionen noch deutlich genauer zu bestimmen als mit Hubble.

Originalpublikation:
M. Häberle et al. „Fast-moving stars around an intermediate-mass black hole in ω Centauri“. Nature.
DOI: 10.1038/s41586-024-07511-z
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07511-z
pdf: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07511-z.pdf

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Schwarze Löcher

Der Beitrag Bisher Erd-nächstes massives Schwarzes Loch im Sternhaufen Omega Centauri entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: AIP 29. Mai 2024.

29. Mai 2024 – Während magnetische massereiche Sterne bereits in unserer eigenen Galaxie entdeckt wurden, ist die Entdeckung des Magnetismus in den Magellanschen Wolken von besonderer Bedeutung, da es in diesen Galaxien eine starke Population von jungen massereichen Sternen gibt. Dies bietet eine einmalige Gelegenheit, die aktive Sternentstehung und die maximale Masse zu untersuchen, die ein stabiler Stern haben kann.

Der Magnetismus gilt als Schlüsselkomponente bei der Entwicklung massereicher Sterne und hat weitreichende Auswirkungen auf deren endgültiges Verhalten. Es sind die massereichen Sterne mit anfänglich mehr als acht Sonnenmassen, die am Ende ihrer Entwicklung Neutronensterne und Schwarze Löcher zurücklassen. Spektakuläre Verschmelzungen solcher kompakten Überbleibsel wurden von Gravitationswellen-Observatorien bereits beobachtet. Darüber hinaus schlagen einige Theorien einen magnetischen Mechanismus für die Explosion massereicher Sterne vor, der für Gammastrahlenausbrüche, Röntgenblitze und Supernovae relevant ist. „Untersuchungen von Magnetfeldern in massereichen Sternen in Galaxien mit jungen Sternpopulationen liefern entscheidende Informationen über die Rolle von Magnetfeldern bei der Sternentstehung im frühen Universum mit nicht durch Metalle verunreinigtem Sternentstehungsgas“, sagt Dr. Swetlana Hubrig vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und Erstautorin der Studie.

Stellare Magnetfelder werden mittels Spektropolarimetrie gemessen. Dazu wird das zirkular polarisierte Sternenlicht aufgezeichnet und die kleinsten Änderungen in den Spektrallinien werden untersucht. Um die notwendige Genauigkeit der Polarisationsmessungen zu erreichen, benötigt diese Methode jedoch Daten von hoher Qualität. „Die Methode ist extrem hungrig nach Photonen. Das ist eine besondere Herausforderung, denn selbst die hellsten massereichen Sterne, die mehr als acht Sonnenmassen haben, sind bei der Beobachtung in unseren Nachbargalaxien, der Großen und der Kleinen Magellanschen Wolke, relativ lichtschwach“, erklärt Dr. Silva Järvinen vom AIP. Aufgrund dieser Bedingungen sind herkömmliche hochauflösende Spektropolarimeter und kleinere Teleskope für solche Untersuchungen ungeeignet. Deshalb wurde das niedrig auflösende Spektropolarimeter FORS2 verwendet, das auf einem der vier 8-Meter-Teleskope des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) montiert ist.

Frühere Versuche, Magnetfelder in massereichen Sternen außerhalb unserer Galaxie nachzuweisen, blieben bisher ohne Erfolg. Diese Messungen sind komplex und hängen von mehreren Faktoren ab. Das Magnetfeld, das mit zirkularer Polarisation gemessen wird, wird als longitudinales Magnetfeld bezeichnet und entspricht ausschließlich der Feldkomponente, die in Richtung des Beobachters zeigt. Es ist vergleichbar mit dem Licht eines Leuchtturms, das leicht zu sehen ist, wenn der Strahl in Richtung des Beobachters strahlt. Da die Magnetfeldstruktur in massereichen Sternen in der Regel durch einen globalen Dipol mit einer zur Rotationsachse geneigten Achse gekennzeichnet ist, kann die Stärke des longitudinalen Magnetfelds in Rotationsphasen gleich Null sein, wenn der Beobachter direkt auf den magnetischen Äquator des rotierenden Sterns blickt. Die Nachweisbarkeit des Polarisationssignals hängt auch von der Anzahl der Spektralmerkmale ab, die zur Untersuchung der Polarisation verwendet werden. Die Beobachtung eines breiteren Spektralbereichs mit einer größeren Anzahl von spektralen Merkmalen ist vorzuziehen. Darüber hinaus sind längere Belichtungszeiten entscheidend für die Aufnahme polarimetrischer Spektren mit einem ausreichend hohen Signal-Rausch-Verhältnis.

Unter Berücksichtigung dieser wichtigen Faktoren führte das AIP-Team spektropolarimetrische Beobachtungen von fünf massereichen Sternen in den Magellanschen Wolken durch. Beobachtet wurden zwei vermutlich einzelne Sterne, die typische spektrale Eigenschaften für magnetische massereiche Sterne aufweisen, wie sie in unserer eigenen Galaxie üblich sind, sowie ein massereiches Doppelsternsystem, das aktiv miteinander in Wechselwirkung steht (Cl*NGC346 SSN7). Dieses Doppelsternsystem befindet sich im Kern der massereichsten Sternentstehungsregion NGC346 in der Kleinen Magellanschen Wolke. Dabei gelang es, Magnetfelder in der Größenordnung von Kilogauss nachzuweisen. Auf der Oberfläche unserer Sonne können solch starke Magnetfelder nur in kleinen, stark magnetisierten Regionen – den Sonnenflecken – nachgewiesen werden. Die berichteten Magnetfeldnachweise in den Magellanschen Wolken sind der erste Hinweis darauf, dass die Bildung massereicher Sterne in Galaxien mit jungen Sternpopulationen ähnlich abläuft wie in unserer Galaxie.

Über das AIP
Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Publikation
Detection of extragalactic magnetic massive stars
S. Hubrig , M. Schöller , S. P. Järvinen , A. Cikota , M. Abdul-Masih ,
A. Escorza , and R. Jayaraman
A&A, 686, L4 (2024)
doi.org/10.1051/0004-6361/202449793
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/06/aa49793-24/aa49793-24.html
pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2024/06/aa49793-24.pdf

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Stellare Magnetfelder
• Magellansche Wolken

Der Beitrag Erste Entdeckung von magnetischen massereichen Sternen außerhalb unserer Galaxie erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Wien 12. April 2024.

12. April 2024 – Ein internationales Forscher*innenteam unter der Leitung der Astrophysikerin Kristina Kislyakova von der Universität Wien war erstmals in der Lage, die stellaren Winde dreier sonnenähnlicher Sterne direkt nachzuweisen: Indem die Röntgen-Emission der Astrosphären dieser Sterne aufgezeichnet wurde, konnte ihr Masseverlust über die Sternwinde bestimmt werden. Auf den untersuchten Sternen weht demnach ein 10- bis 66-fach stärkerer Sternenwind als in unserem Sonnensystem. Die Studie wurde aktuell in Nature Astronomy veröffentlicht.

So wie die Heliosphäre unser Sonnensystem umgibt, werden andere Sterne durch eine Astrosphäre umgeben – vorstellbar als eine Art sehr heiße Plasmablase, die von stellaren Winden in das interstellare Medium, einen Raum voll Gas und Staub, geblasen wird. Diese Sternenwinde treiben viele Prozesse an, die zentral für das Verständnis der stellaren und planetaren Entwicklung in diesen Sternensystemen sind, beispielsweise die Verdampfung der Atmosphären von Planeten und den damit verbundenen Masseverlust. Pro Jahr gesehen ist dieser Masseverlust von Planetenatmosphären zwar winzig, über lange geologische Zeiträume sind diese Verluste jedoch mitentscheidend dafür, ob sich ein Planet zu einer bewohnbaren Welt oder zu einem luftleeren Felsen entwickelt.

Bisher gab es jedoch für die Existenz dieser Sternenwinde bei sonnenähnlichen Sternen (so genannten Hauptreihensternen, also quasi Sternen in der Blüte ihres Lebens) nur indirekte Hinweise. Einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung von Kristina Kislyakova, Senior Scientist am Institut für Astrophysik der Universität Wien, gelang es nun erstmals, die stellaren Winde dreier sonnenähnlicher Sterne direkt nachzuweisen und den von ihnen verursachen Masseverlust des Sterns zu messen.

Dafür nutzte das Team die Röntgen-Emission: Stellare Winde bestehen hauptsächlich aus Protonen und Elektronen, enthalten aber auch eine kleine Menge schwererer, hochgeladener Ionen (z. B. Sauerstoff, Kohlenstoff). Diese Ionen senden Röntgenstrahlen aus, indem sie Elektronen aus dem neutralen interstellaren Medium um den Stern herum fangen.

Den Durchbruch der Gruppe streicht auch Koautor Manuel Güdel, Leiter der Forschungsgruppe „Stern- und Planetenentstehung“ am Institut für Astrophysik der Universität Wien hervor: „Seit drei Jahrzehnten bemühten sich weltweit viele Gruppen, Winde um sonnenähnliche Sterne nachzuweisen und ihre Stärke zu messen, doch bisher gab es nur indirekte Hinweise auf die Existenz solcher Winde, die auf ihren sekundären Effekten auf den Stern oder seine Umgebung beruhten.“ Seine Forschungsgruppe habe zuvor versucht, die Radio-Emission der Winde zu erfassen, konnte aber nur obere Grenzwerte für die Windstärke angeben, nicht jedoch die Winde selbst nachweisen. „Unsere neuen röntgenbasierten Ergebnisse ebnen nun den Weg, diese Winde direkt zu finden und sogar abzubilden und ihre Wechselwirkungen mit den umliegenden Planeten zu untersuchen“, so Güdel.

Röntgenemission von Astrosphären entdeckt
Dem Team gelang es mithilfe von Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop XMM-Newton, diese Röntgenemission der Astrosphären sonnenähnlicher Sterne erstmals direkt nachzuweisen und von den Röntgenemissionen der Sterne selbst zu trennen. Dadurch konnten zum ersten Mal stellare Winde direkt aufgezeichnet werden und die Massenverlustrate der Sterne über ihre Sternwinde berechnet werden.

Über die Analyse der spektralen Fingerabdrücke (so genannter Spektrallinien) der Sauerstoff-Ionen bestimmten die Forscher*innen die Sauerstoffmenge und letztlich die Gesamtmasse des von den Sternen ausgestoßenen Sternwindes. Dabei zeigte sich, dass die stellaren Winde bei den untersuchten Sternen (70 Ophiuchi, epsilon Eridani und 61 Cygni) deutlich stärker wehen: Die Massenverlustrate wird im Fall des Sterns 70 Ophiuchi auf das 66,5±11,1-fache, im Fall der Sterne epsilon Eridani und 61 Cygni auf das 15,6±4,4 bzw. 9,6±4,1-fache der Massenverlustrate unserer Sonne geschätzt. Ursache für die stärkeren Winde könnte die stärkere magnetische Aktivität dieser Sterne erklärt sein.

Sonnensystem als natürliches Labor
„Innerhalb unseres Sonnensystems wurde die Emission des Ladungsaustausch bereits bei Planeten, Kometen und in der Heliosphäre beobachtet – hier haben wir also quasi ein natürliches Labor, um die Zusammensetzung des Sonnenwinds zu untersuchen“, erklärt die Hauptautorin der aktuell im Journal Nature Astronomy publizierten Studie, Kristina Kislyakova. Die Beobachtung dieser Emission von weit entfernten Sternen sei aber natürlich aufgrund der Schwäche des Signals ungleich schwieriger: „Außerdem ist es aufgrund der Entfernung zu den Sternen sehr kompliziert, das von der Astrosphäre ausgesendete Signal von der tatsächlichen Röntgenemission des Sterns selbst zu trennen, auch weil ein Teil dieser Emissionen aufgrund instrumenteller Effekte über das Sichtfeld des Teleskops ,gestreut‘ wird. Wir haben einen neuen Algorithmus entwickelt, der die Röntgen-Emissionen des Sterns von denen der Astrosphäre trennt. Zudem konnten wir Signale für den Ladungsaustausch identifizieren, die von Sauerstoff-Ionen aus dem Sternwind und dem umgebenden neutralen interstellaren Medium von drei Hauptreihensternen stammen.“ Die geschätzten Massenverlustraten können künftig als Maßstab für Sternwindmodelle dienen und erweitern die bisherigen begrenzten Beobachtungsdaten für die Winde von sonnenähnlichen Sternen.

Originalpublikation in Nature Astronomy:
K.G. Kislyakova, M. Güdel, D. Koutroumpa, J.A. Carter, C.M. Lisse, S. Boro Saikia: X-ray detection of astrospheres around three main-sequence stars and their mass-loss rates. 2024.
DOI : 10.1038/s41550-024-02222-x
https://www.nature.com/articles/s41550-024-02227-6

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Sternentwicklung

Der Beitrag Erstmals stellare Winde von drei sonnenähnlichen Sternen erfasst erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) 25. März 2024.

25. März 2024 – Neutronensterne, Supernovaüberreste und schwarze Löcher: Sie alle senden Röntgenstrahlen aus, die Physikerinnen und Physikern dabei helfen, Rückschlüsse auf die Entwicklung des Universums zu ziehen. Bisher haben sie sich dafür auf Objekte in der Milchstraße und ihren nächsten Satellitengalaxien fokussiert, die näher und damit heller sind als andere. Nun haben Forschende des Astronomischen Instituts des Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ein neues Ziel: Sie werden weiter entfernte und damit auch leuchtschwächere Quellen in ihre Analysen miteinbeziehen. So möchten sie herausfinden, wie einzelne Galaxien entstanden sind und wie sie sich weiterentwickeln werden. In dieser zweiten Förderperiode wird die Forschungsgruppe nun von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) über drei Jahre erneut gefördert.

Schon seit 2021 untersucht die Forschungsgruppe „eROSITA-Studien zu Endstadien der Sterne“ (eRO-STEP) astrophysikalische Quellen im All, die Röntgenstrahlung aussenden. Dazu gehören beispielsweise kompakte Objekte, das heißt weiße Zwerge, Neutronensterne und schwarze Löcher, oder Gas zwischen den Sternen, das entsteht, wenn Sterne sterben. „Dieses Gas kann unterschiedliche Phasen haben, zum Beispiel kalte und heiße Phasen. Die heißen Phasen sind dabei so heiß, dass sie nicht optisch strahlen, sondern Röntgenstrahlung aussenden“, erklärt Prof. Dr. Manami Sasaki, Sprecherin der Forschungsgruppe an der FAU. Mithilfe des Röntgenteleskops „eROSITA“ hat die FAU als eines der Kerninstitute des deutschen eROSITA-Konsortiums von 2019 bis 2022 den gesamten Himmel nach solchen Quellen durchforstet und festgehalten, an welchen Stellen Röntgenstrahlung auftritt. „Wenn wir Röntgenstrahlung im All durch das Teleskop beobachten, können wir die Strahlung bei höheren Energien untersuchen“, sagt Prof. Sasaki. „Daraus können wir Rückschlüsse ziehen, wie sich einzelne Objekte verhalten haben und es in Zukunft werden.“

In den vergangenen Jahren haben sich Prof. Sasaki und ihr Team auf nähere und damit hellere Quellen und Quellpopulationen in der Milchstraße und den Magellanschen Wolken fokussiert, das sind die größten Satellitengalaxien der Milchstraße. Dabei haben sie beispielsweise bis dahin unbekannte Supernovaüberreste entdeckt – ein Hinweis dafür, dass Sterne aus den Magellanschen Wolken herausgeschleudert oder zwischen ihr und der Milchstraße herausgerissen wurden. Neben neuen Daten haben die Forschenden eROSITA auf technische Unsicherheiten untersucht und neue Analyseroutinen entwickelt. In der neuen Förderperiode werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weiter entfernte und damit leuchtschwächere Quellen untersuchen und eine Studie der gesamten Milchstraße anfertigen. Das Ziel: Herausfinden, wie einzelne Galaxien wie die Milchstraße und die Magellanschen Wolken entstanden sind und wie sie sich in Zukunft entwickeln könnten. Langfristig will die Forschungsgruppe ein tieferes Verständnis der kompakten Objekte, den großen interstellaren Strukturen, der interstellaren Stoßwellen und der Teilchenbeschleunigung gewinnen.

An der Forschungsgruppe 2990 eRO-STEP sind neben der FAU die Eberhard-Karls-Universität Tübingen, die Universität Hamburg, das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam und das Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik beteiligt.

Zur Forschungsgruppe:
https://www.ero-step.de/

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Röntgenteleskope ART-XC und eRosita auf Spektr-RG (SRG)

Der Beitrag FAU-Forschende röntgen das Weltall erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: AIP 3. August 2023.

3. August 2023 – Die Forschenden fanden heraus, dass Sterne mit stärkeren Magnetfeldern stärkere Winde erzeugen. Diese Winde können ungünstige Bedingungen für das Überleben von Planetenatmosphären schaffen und damit die mögliche Bewohnbarkeit dieser Systeme beeinträchtigen.

Die Sonne gehört zu den am häufigsten vorkommenden Sternen im Universum, die als „kühle Sterne“ bezeichnet werden. Diese Sterne werden in vier Kategorien unterteilt (Typ F, G, K und M), die sich in Größe, Temperatur und Helligkeit unterscheiden. Die Sonne ist ein ziemlich durchschnittlicher Stern und gehört zur Kategorie G. Sterne, die heller und größer als die Sonne sind, gehören zur Kategorie F, und K-Sterne sind etwas kleiner und kühler als die Sonne. Die kleinsten und schwächsten Sterne sind die M-Sterne, die aufgrund der Farbe, in der sie das meiste Licht aussenden, auch als „rote Zwerge“ bezeichnet werden.

Satelliten-Beobachtungen haben gezeigt, dass die Sonne neben Licht auch einen anhaltenden Strom von Teilchen aussendet, der als Sonnenwind bekannt ist. Diese Winde durchqueren den interplanetaren Raum und interagieren mit den Planeten des Sonnensystems, einschließlich der Erde. Das wunderschöne Schauspiel der Polarlichter in der Nähe der Pole wird durch diese Wechselwirkung erzeugt. Diese Winde können jedoch auch schädlich sein, da sie eine stabile Planetenatmosphäre zerstören können, wie es auf dem Mars der Fall war. Während über den Sonnenwind viel bekannt ist – unter anderem dank Missionen wie Solar Orbiter –, gilt dies nicht für andere kühle Sterne. Das Problem besteht darin, dass wir diese Sternwinde nicht direkt sehen können, so dass wir uns auf die Untersuchung ihres Einflusses auf das dünne Gas beschränken müssen, das den Raum zwischen den Sternen in der Galaxie füllt. Dieser Ansatz hat jedoch mehrere Einschränkungen und ist nur auf einige wenige Sterne anwendbar. Aus diesem Grund werden Computersimulationen und Modelle eingesetzt, um die verschiedenen Eigenschaften der Sternwinde vorherzusagen, ohne dass Astronominnen und Astronomen sie beobachten müssen.

In diesem Zusammenhang haben die Doktorandin Judy Chebly, der Wissenschaftler Dr. Julián D. Alvarado-Gómez und die Abteilungsleiterin Prof. Dr. Katja Poppenhäger aus der Abteilung Sternphysik und Exoplaneten am AIP in Zusammenarbeit mit Cecilia Garraffo vom Center for Astrophysics am Harvard & Smithsonian die erste systematische Studie der Eigenschaften von Sternwinden erstellt, die für F-, G-, K- und M-Sterne erwartet werden. Die numerischen Simulationen wurden mit den Supercomputern des AIP und des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) durchgeführt, wobei eines der anspruchsvollsten derzeit verfügbaren Modelle verwendet wurde.

Das Team untersuchte, wie sich die Eigenschaften der Sterne, wie Schwerkraft, Magnetfeldstärke und Rotationsdauer, auf die Windeigenschaften in Form von Geschwindigkeit oder Dichte auswirken.

Die Ergebnisse umfassen eine vollständige Charakterisierung der Eigenschaften des Sternwinds über alle Sterntypen hinweg, und zeigen, dass frühere Annahmen zu den Sternwindgeschwindigkeiten überdacht werden müssen, wenn die damit verbundenen Massenverluste aus Beobachtungen geschätzt werden. Darüber hinaus ermöglichen die Simulationen die Vorhersage der erwarteten Größe der Alfvén-Oberfläche – der Grenze zwischen der Korona des Sterns und seinem Sternwind. Diese Informationen sind von grundlegender Bedeutung, um festzustellen, ob ein Planetensystem möglicherweise starken magnetischen Stern-Planeten-Wechselwirkungen ausgesetzt ist, die auftreten können, wenn die Planetenbahn in die Alfvén-Oberfläche des Sterns eintritt oder vollständig darin eingebettet ist.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass Sterne mit Magnetfeldern, die größer sind als die der Sonne, schnellere Winde haben. In einigen Fällen können die Sternwindgeschwindigkeiten bis zu fünfmal schneller sein als die durchschnittliche Sonnenwindgeschwindigkeit, die typischerweise 450 km/s beträgt. Im Rahmen der Untersuchung wurde ermittelt, wie stark die Winde dieser Sterne in den so genannten „habitablen Zonen“ sind, d. h. in den Entfernungen, in denen felsige Exoplaneten bei einem erdähnlichen atmosphärischen Druck flüssiges Wasser an der Oberfläche haben könnten. In der Nähe von Sternen des F- und G-Typs herrschen mildere Bedingungen, vergleichbar mit denen, die die Erde in der Nähe der G-Typ-Sonne vorfindet, während die Winde bei Sternen des K- und M-Typs zunehmend schroffer werden. Solch kräftige Sternwinde wirken sich stark auf eine mögliche Atmosphäre des Planeten aus.

Dieses Phänomen ist in der Sonnenphysik zwischen Gesteinsplaneten und der Sonne gut dokumentiert, aber nicht im Fall von Exoplaneten-Systemen. Dies erfordert Schätzungen des Sternwindes, um ähnliche Prozesse zu bewerten, wie wir sie zwischen dem Sonnenwind und den Planetenatmosphären beobachten. Informationen über den Sternwind waren bisher für Hauptreihen-Sterne der Klassen F bis M nicht bekannt, was diese Studie im Zusammenhang mit der Habitabilität wichtig macht. Die hier vorgestellte Arbeit wurde für 21 Sterne durchgeführt, aber die Ergebnisse sind allgemein genug, um auf andere kühle Hauptreihensterne angewendet zu werden. Diese Untersuchung ebnet den Weg für künftige Forschungen zur Beobachtung von Sternwinden und deren Einfluss auf die Erosion von Planetenatmosphären.

Über das AIP
Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Originalveröffentlichung
Judy J Chebly, Julián D Alvarado-Gómez, Katja Poppenhäger, Cecilia Garraffo, Numerical quantification of the wind properties of cool main sequence stars, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 524, Issue 4, October 2023, Pages 5060–5079.
DOI: doi.org/10.1093/mnras/stad2100,
https://academic.oup.com/mnras/article/524/4/5060/7226714,
https://arxiv.org/abs/2307.04615;

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag AIP: Kühle Sterne mit starken Winden bedrohen Exoplaneten-Atmosphären erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 18. April 2023

Sterne, die vergleichsweise große Mengen schwerer Elemente enthalten, bieten ungünstigere Bedingungen für das Entstehen komplexen Lebens als metallarme Sterne. Zu diesem Ergebnis kommt eine internationale Gruppe von Forscherinnen und Forschern der Max-Planck-Institute für Sonnensystemforschung (Göttingen) und für Chemie (Mainz) sowie der Universität Göttingen. Das Team hat gezeigt, in welchem Zusammenhang die Metallizität eines Sterns steht zu der Fähigkeit seiner Planeten, eine schützende Ozonschicht aufzubauen. Entscheidend dafür ist die Intensität des ultravioletten Lichts, das der Stern ins All abstrahlt, in verschiedenen Wellenlängenbereichen. Die Studie, die heute in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlich wurde, liefert Forschenden, die den Himmel mit Weltraumteleskopen nach bewohnbaren Sternsystemen durchforsten, wichtige Hinweise, wo die Suche besonders erfolgversprechend sein könnte. Zudem legt sie einen verblüffenden Schluss nahe: Mit zunehmendem Alter wird das Universum ein Ort, der für die Entstehung von Leben auf neuen Planeten immer unfreundlicher wird.

Auf der Suche nach bewohnbaren oder gar bewohnten Planeten, die um ferne Sterne kreisen, beschäftigen sich Forschende seit einigen Jahren zunehmend mit den Gashüllen dieser Welten. Lassen sich in Beobachtungsdaten Hinweise auf eine Atmosphäre finden? Enthält diese vielleicht sogar Gase wie Sauerstoff oder Methan, die auf der Erde fast ausschließlich als Stoffwechselprodukte von Lebewesen entstehen? In den nächsten Jahren werden solche Untersuchungen in völlig neue Bereiche vorstoßen: Das James-Webb-Teleskop der NASA wird es nicht nur ermöglichen, die Atmosphären großer Gasriesen wie Super-Neptune zu charakterisieren, sondern auch erstmals die viel schwächeren spektrographischen Signale von Gesteinsplanetenatmosphären zu analysieren.

Die aktuelle Studie wendet sich mit Hilfe von Modellrechnungen dem Ozongehalt von Exoplaneten-Atmosphären zu. Wie auf der Erde kann diese Verbindung aus drei Sauerstoffatomen die Planetenoberfläche (und Lebensformen, die sich auf ihr aufhalten) vor zellschädigender ultravioletter (UV-)Strahlung schützen. Eine Hülle aus Ozon ist somit eine wichtige Voraussetzung für das Entstehen komplexen Lebens. „Wir wollten verstehen, welche Eigenschaften ein Stern mitbringen muss, damit seine Planeten eine schützende Ozonschicht ausbilden können“, erklärt MPS-Wissenschaftlerin Dr. Anna Shapiro, Erstautorin der aktuellen Studie, den Grundgedanken.

Wie oft in der Wissenschaft wurde auch diese Fragestellung durch die Ergebnisse einer früheren Studie angestoßen. Vor drei Jahren hatten Forschende unter der Leitung des MPS die Helligkeitsschwankungen der Sonne mit denen hunderter sonnenähnlicher Sterne verglichen. Das Ergebnis: Die Intensität des sichtbaren Lichts vieler dieser Sterne schwankt viel stärker als die der Sonne. „Wir haben riesige Intensitätsspitzen gesehen“, sagt Dr. Alexander Shapiro, der sowohl an den Analysen von vor drei Jahren als auch an der aktuellen Studie beteiligt war. „Es ist also durchaus möglich, dass auch die Sonne zu solchen Intensitätsspitzen fähig ist. In diesem Fall würde auch die Intensität des ultravioletten Lichts dramatisch ansteigen“, fügt er hinzu. „Da haben wir uns natürlich gefragt, was das für das Leben auf der Erde bedeuten würde und wie die Situation in anderen Sternensystemen ist“, sagt Prof. Dr. Sami Solanki, Direktor am MPS und ebenfalls Koautor beider Studien.

UV-Strahlung als Fluch und Segen
An der Oberfläche etwa der Hälfte aller Sterne, um die nachweislich Exoplaneten kreisen, herrschen Temperaturen zwischen etwa 5000 und etwa 6000 Grad Celsius. Die Forschende wandten sich in ihren Rechnungen deshalb dieser Untergruppe zu. Mit einer Oberflächentemperatur von etwa 5500 Grad Celsius gehört ihr auch die Sonne an. „In der Atmosphärenchemie der Erde kommt der ultravioletten Strahlung von der Sonne eine zweifache Rolle zu“, erklärt Dr. Anna Shapiro, die sich vor ihrer Zeit am MPS vor allem mit dem Einfluss der Sonnenstrahlung auf die Erdatmosphäre beschäftigt hatte. In Reaktionen mit einzelnen Sauerstoffatomen und Sauerstoffmolekülen kann Ozon sowohl entstehen, als auch vernichtet werden. Während die langwellige UV-B-Strahlung Ozon zerstört, trägt die kurzwellige UV-C-Strahlung dazu bei, dass in der mittleren Atmosphäre schützendes Ozon entstehen kann. „Es war daher naheliegend anzunehmen, dass ultraviolettes Licht einen ähnlich komplexen Einfluss auch auf die Atmosphären von Exoplaneten haben könnte“, fügt die Astronomin hinzu.

Die Forschenden berechneten deshalb, genau aus welchen Wellenlängen sich das ultraviolette Licht, dass die Sterne abstrahlen, zusammensetzt. Dabei betrachteten sie erstmals auch den Einfluss der Metallizität. Diese Eigenschaft beschreibt, in welchem Verhältnis Wasserstoff und schwerere Elemente (von Astrophysikern vereinfachend und etwas irrführend als Metalle bezeichnet) im Baumaterial des Sterns vorliegen. Im Fall der Sonne kommen auf ein Eisenatom mehr als 31.000 Wasserstoffatome. Die Studie berücksichtigt auch Sterne mit geringerem und höherem Eisenanteil.

In einem zweiten Schritt ging das Team der Frage nach, wie sich die berechnete UV-Strahlung auf die Atmosphäre von Planeten auswirken würde, die in einem lebensfreundlichen Abstand um diese Sterne kreisen. Als lebensfreundlich gelten solche Abstände, die moderate Temperaturen – weder zu heiß noch zu kalt – an der Planetenoberfläche zulassen. Für solche Welten simulierte das Team am Computer, welche Prozesse genau das charakteristisch zusammengesetzte UV-Licht des Muttersterns in der Planetenatmosphäre in Gang setzt.

Um die Zusammensetzung von Planetenatmosphären zu berechnen, verwendeten die Forschenden ein Chemie-Klima-Modell. Es simuliert die Prozesse, die Sauerstoff, Ozon und viele andere Gase steuern, sowie deren Wechselwirkung mit ultraviolettem Licht von Sternen in sehr hoher spektraler Auflösung. Dieses Modell machte es möglich, eine Vielzahl von Bedingungen auf Exoplaneten zu untersuchen und mit der Historie der Erdatmosphäre in der letzten halben Milliarde Jahre zu vergleichen. In diesem Zeitraum bildeten sich der hohe Sauerstoffgehalt der Atmosphäre und die Ozonschicht, die die Entwicklung des Lebens an Land auf unserem Planeten ermöglichten. „Es ist vorstellbar, dass die Geschichte der Erde und ihrer Atmosphäre Hinweise auf die Entwicklung des Lebens enthält, die auch auf Exoplaneten zutreffen könnten“, sagt Jos Lelieveld, geschäftsführender Direktor des MPI für Chemie, der an der Studie beteiligt war.

Aussichtsreiche Kandidaten
Das Ergebnis überraschte. Zwar strahlen metallarme Sterne insgesamt mehr UV-Strahlung ab als metallreiche. Doch auch das Verhältnis von ozon-erzeugender UV-C-Strahlung und ozon-vernichtender UV-B-Strahlung hängt kritisch von der Metallizität ab: Bei metallarmen Sternen überwiegt die UV-C-Strahlung, so dass eine dichte Ozonschicht entstehen kann. Bei metallreichen Sternen mit ihrer überwiegenden UV-B-Strahlung fällt diese schützende Hülle deutlich dürftiger aus.

„Anders als erwartet, dürften somit metallarme Sterne günstigere Bedingungen für die Entstehung von Leben bieten“, fasst Dr. Anna Shapiro zusammen. Diese Erkenntnis könnte hilfreich sein für künftige Weltraummissionen wie die PLATO-Mission der ESA, die eine riesige Anzahl von Sternen nach Anzeichen bewohnbarer Exoplaneten durchforsten sollen. Mit 26 Teleskopen an Bord startet die gleichnamige Sonde 2026 ins All und wird ihr Augenmerk in erster Linie auf erdähnliche Planeten richten, die sonnenähnliche Sterne in einem lebensfreundlichen Abstand umkreisen. Das Datenzentrum der Mission entsteht derzeit am MPS. „Unsere aktuelle Studie gibt uns wertvolle Hinweise, welche Sterne wir mit besonderer Aufmerksamkeit beobachten sollten“, so Prof. Dr. Laurent Gizon, Geschäftsführender Direktor des MPS und Ko-Autor der aktuellen Studie.

Paradoxe Schlussfolgerung
Zudem ergibt sich aus der Studie eine geradezu paradox anmutende Schlussfolgerung: Mit zunehmendem Alter dürfte das Universum immer lebensfeindlicher werden. Metalle und andere schwere Elemente entstehen im Innern von Sternen am Ende ihres mehrere Milliarden Jahre währenden Lebens und werden – je nach Masse des Sterns – als Sternwind oder bei einer Supernova-Explosion ins All abgegeben: der Baustoff für die nächste Sterngeneration. „Jedem neu entstehenden Stern steht deshalb metallreicheres Baummaterial zur Verfügung als seinen Vorgängern. Die Sterne im Universum werden von Generation zu Generation immer metallreicher“, so Dr. Anna Shapiro. Gemäß der neuen Studie sinkt somit mit zunehmendem Alter des Universums auch die Wahrscheinlichkeit, dass Sternsysteme Leben hervorbringen. Aussichtslos ist die Suche nach Leben jedoch nicht. Schließlich haben viele Wirtssterne von Exoplaneten ein ähnliches Alter wie unsere Sonne. Und von diesem Stern ist ja bekannt, dass er durchaus komplexe und interessante Lebensformen auf mindestens einem seiner Planeten beherbergt.

Originalveröffentlichung
A. Shapiro et al.: Metal-rich stars are less suitable for the evolution of life on their planets. Nature Communications, 18. April 2023

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Sternentwicklung

Der Beitrag Metallarme Sterne sind lebensfreundlicher erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: GFZ 20. Januar 2023.

20. Januar 2023 – Menschen sehen weltweit immer weniger Sterne am Nachthimmel. Ursache hierfür ist vermutlich die Lichtverschmutzung in den Abend- und Nachtstunden, die pro Jahr um 7-10 Prozent zunimmt. Diese Änderungsrate ist größer, als es Satellitenmessungen der künstlichen Lichtemissionen auf der Erde vermuten ließen. Zu diesem Befund kommt jetzt eine Studie im Fachmagazin Science, durchgeführt von einer Forschungsgruppe um Christopher Kyba vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ und der Ruhr-Universität Bochum mit Kolleg*innen vom GFZ und vom NOIRLab der US National Science Foundation. Im Rahmen des Citizen Science Projekts „Globe at Night“ haben sie hierfür aus dem Zeitraum 2011 bis 2022 mehr als 50.000 Beobachtungen mit bloßem Auge von Bürgerwissenschaftler*innen auf der ganzen Welt ausgewertet. Die Studie zeigt auch, dass die Citizen-Science-Daten eine wichtige Ergänzung zu bisherigen Messverfahren darstellen.

Hintergrund Lichtverschmutzung
Über einem Großteil der Landoberfläche der Erde erstrahlt der Himmel auch lange nach Sonnenuntergang noch in einer – künstlichen – Dämmerung. Dieses künstliche Leuchten des Nachthimmels ist eine Form der Lichtverschmutzung, die gravierende Auswirkungen auf die Umwelt hat und daher im Blick der Forschung stehen sollte, wie Constance Walker, Mitautorin der Studie und seit dessen Gründung Leiterin des Projekts Globe at Night des NOIRLab der NSF betont. Denn viele Verhaltensweisen und physiologische Prozesse von Lebewesen sind von tageszeitlichen und saisonalen Rhythmen bestimmt – und damit vom Licht beeinflusst. „Das Himmelsleuchten beeinträchtigt sowohl tag- als auch nachtaktive Tiere und zerstört außerdem einen wichtigen Teil unseres kulturellen Erbes“, sagt Walker. Die Erscheinung des Nachthimmels verändert sich, mit negativen Auswirkungen auf Sternenbeobachtung und Astronomie.

Bedarf an geeigneten Messverfahren
Die Änderung der Lichtverschmutzung ist global gesehen und im Laufe der Zeit bislang nicht gut bekannt. Zwar kann das künstliche Himmelsleuchten im Prinzip von Satelliten gemessen werden. Doch die einzigen Instrumente im All, die die gesamte Erde überwachen können, haben keine ausreichende Messgenauigkeit und Empfindlichkeit.

Ein vielversprechender Ansatz ist es daher, die Beobachtungskraft der Menschen und damit das menschliche Auge als Sensor zu nutzen, und dabei – im Rahmen von Citizen Science Experimenten – auf „die Macht der Vielen“ zu setzen. Bereits seit 2006 läuft das Projekt „Globe at Night“, initiiert vom NOIRLab der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF). Hieran können sich Menschen auf der ganzen Welt beteiligen.

Mit Citizen-Science…
Die Teilnehmenden betrachten ihren Nachthimmel und geben dann in einem Online-Formular an, welche von acht Sternkarten am besten zu dem passt, was sie sehen. Jede Karte zeigt den Himmel unter verschiedenen Graden an Lichtverschmutzung.

„Die Beiträge der einzelnen Menschen wirken zusammen wie ein globales Sensornetz, das uns einen ganz neuen Forschungsansatz ermöglicht“, sagt Christopher Kyba vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam und der Ruhr-Universität Bochum. Gemeinsam mit seinem GFZ-Kollegen Yigit Öner Altıntas sowie Constance E. Walker und Mark Newhouse vom NOIRLab hat er Daten von 51.351 Beobachtungen auf der ganzen Welt ausgewertet, die zwischen 2011 und 2022 in wolken- und mondfreien Nächten gemacht wurden. Sie repräsentieren 19.262 Standorte weltweit, davon 3.699 Orte in Europa und 9.488 Orte in Nordamerika.

Um aus diesen Daten eine Veränderungsrate der Himmelshelligkeit zu errechnen und dabei zu berücksichtigen, dass sich die Beobachtenden auch über die Jahre jeweils an anderen Standorten befanden, haben sie zusätzlich ein globales Modell für die Himmelshelligkeit benutzt, das auf Satellitendaten des Jahres 2014 basiert.

…zu überraschenden Erkenntnissen
„Die Geschwindigkeit, mit der Sterne für Menschen in städtischen Umgebungen unsichtbar werden, ist dramatisch“, resümiert Christopher Kyba, Erstautor der Studie. Die Forschenden schätzten die Änderungen der Himmelshelligkeit anhand der Anzahl der sichtbaren Sterne ab. So ergaben sich für Europa 6,5 Prozent mehr Helligkeit pro Jahr, für Nordamerika ein Plus von 10,4 Prozent.

Um diese Zahlen zu veranschaulichen, erläutert Kyba die Konsequenzen, die sich für die Beobachtbarkeit von Sternen an einem Ort mit einer Helligkeitszunahme von 9,6 Prozent pro Jahr ergeben würden. Das entspricht dem aktuell ermittelten weltweiten Durchschnitt. „Wenn die Entwicklung so fortschreitet, wird ein Kind, das an einem Ort geboren wird, an dem 250 Sterne sichtbar sind, dort an seinem 18. Geburtstag nur noch 100 Sterne sehen können.“

Die Geschwindigkeit dieser Entwicklung hatten die Forschenden – nach Analyse der Satellitendaten – so nicht erwartet. Im Gegenteil hatten diese für die Standorte der Beobachtenden sogar darauf hingedeutet, dass die künstliche Helligkeit leicht abgenommen hat (um 0,3 Prozent pro Jahr in Europa, um 0,8 Prozent in Nordamerika).

Ursachen für den Unterschied zwischen Messungen von der Erde und aus dem All
Christopher Kyba glaubt, dass der Unterschied zwischen der menschlichen Beobachtung und den Satellitenmessungen wahrscheinlich auf Veränderungen in der Beleuchtungspraxis zurückzuführen ist: „Satelliten reagieren am empfindlichsten auf Licht, das nach oben gen Himmel gerichtet ist. Aber es ist horizontal abgestrahltes Licht, das den größten Teil des Himmelsleuchtens ausmacht“, erklärt Kyba. „Wenn also Werbung und Fassadenbeleuchtungen häufiger, größer oder heller werden, könnten sie einen großen Einfluss haben, ohne dass sich das auf den Satellitenbildern entsprechend widerspiegelt.“

Als weiteren Faktor nennen die Autoren die weit verbreitete Umstellung von orangefarbenen Natriumdampflampen auf weiße LEDs, die u.a. auch blaues Licht aussenden. „Unsere Augen sind nachts empfindlicher für blaues Licht, und blaues Licht wird in der Atmosphäre eher gestreut, trägt also stärker zum Himmelsleuchten bei“, sagt Kyba. „Aber der einzige Satellit, der die ganze Erde bei Nacht abbilden kann, ist im Wellenlängenbereich des blauen Lichts nicht empfindlich.“

Grenzen der Studie und weitere Potenziale
Auch der Citizen Science Ansatz hat allerdings seine Limitierungen. So bestimmt die Anzahl der Teilnehmenden aus den verschiedenen Regionen der Welt die Aussagekraft über räumliche und zeitliche Trends. Bislang beteiligen sich vor allem Menschen aus Nordamerika und Europa an dem Experiment, und die Hälfte der asiatischen Beiträge stammt aus einem einzigen Land: Japan. „Die meisten Daten stammen aus den Regionen der Erde, in denen das Himmelsleuchten derzeit am stärksten ausgeprägt ist. Das ist nützlich, aber es bedeutet, dass wir nicht viel über die Veränderungen des Himmelslichts in Regionen mit wenigen Beobachtungen sagen können“, betont Kyba. Gerade in Entwicklungsländern werden rasche Veränderungen der künstlichen Himmelsbeleuchtung vermutet, aber dort gibt es bislang nur wenige Beobachtungen.

Zwei Schlussfolgerungen: Beleuchtungspolitik und Citizen Science
Aus ihren Ergebnissen ziehen die Forschenden zwei wesentliche Schlüsse: Zum einen zeige sich, dass die aktuelle Beleuchtungspraxis und -politik etwa durch den zunehmenden Einsatz von LEDs trotz wachsenden Bewusstseins hinsichtlich der Lichtverschmutzung zumindest auf kontinentaler Ebene noch keine Verbesserung bewirkt hat.

„Und zum anderen konnten wir demonstrieren, dass die Citizen Science Daten eine wichtige Ergänzung zu den bisherigen Messverfahren darstellen“, wie Kyba betont.
Constance Walker fügt hinzu: „Hätten wir eine breitere Beteiligung, könnten wir Trends für andere Kontinente und möglicherweise sogar für einzelne Staaten und Städte ermitteln. Das Projekt ist noch nicht abgeschlossen, also schauen Sie heute Abend ruhig mal rein und sagen Sie uns, was Sie sehen!“

Weitere Informationen zum Projekt “Globe at Night” finden Sie hier:
https://globeatnight.org/

Originalpublikation:
Christopher C. M. Kyba, Yigit Öner Altıntas, Constance E. Walker, Mark Newhouse, Citizen scientists report global rapid reductions in the visibility of stars from 2011 to 2022, Science (2023),
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7781

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Lichtverschmutzung

Der Beitrag Sichtbarkeit von Sternen am Nachthimmel nimmt schneller ab, als bislang angenommen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: AIP 2. November 2022.

2. November 2022 – Während der „Anti-Aging-Effekt“ von heißen Jupitern, d.h. riesigen gasförmigen Exoplaneten, die einen Stern in Merkur-Entfernung oder näher umkreisen, schon früher beobachtet wurde, dokumentieren neue Beobachtungen nun zum ersten Mal den Effekt systematisch und liefern somit den bisher stärksten Nachweis für dieses exotische Phänomen.

„In der Medizin braucht man viele Menschen, die an einer Studie teilnehmen, um zu wissen, ob die Effekte real sind oder eine Art Ausreißer“, sagt Nikoleta Ilic, Doktorandin in der Abteilung Sternphysik und Exoplaneten am AIP und Erstautorin der Studie. „Das gleiche gilt manchmal auch für die Astronomie, und diese Studie gibt uns die Gewissheit, dass diese heißen Jupiter die Sterne, die sie umkreisen, tatsächlich jünger wirken lassen, als sie sind.“

Ein heißer Jupiter kann seinen Wirtsstern durch Gezeitenkräfte beeinflussen, so dass sich der Stern schneller dreht, als wenn er keinen solchen Planeten hätte. Diese schnellere Rotation kann dazu führen, dass der Wirtsstern aktiver wird und mehr Röntgenstrahlung erzeugt, was auf ein jüngeres Alter des Sterns hindeuten kann.

Wie beim Menschen gibt es jedoch viele Faktoren, die die Vitalität eines Sterns bestimmen können. Alle Sterne verlangsamen mit zunehmendem Alter ihre Rotation und Aktivität und erleben weniger Ausbrüche. Da es schwierig ist, das Alter der meisten Sterne genau zu bestimmen, war es für Astronominnen und Astronomen bisher schwierig festzustellen, ob ein Stern ungewöhnlich aktiv ist, weil er von einem nahen Planeten beeinflusst wird, der ihn jünger erscheinen lässt, als er ist, oder weil er tatsächlich jung ist.

Die Forscherinnen gingen dieses Problem an, indem sie Doppelsternsysteme untersuchten, bei denen die Sterne weit voneinander entfernt sind, aber nur einer von ihnen von einem heißen Jupiter umkreist wird. Astronominnen und Astronomen wissen, dass sich die Sterne in den Doppelsternsystemen, genau wie menschliche Zwillinge, gleichzeitig bilden. Der Abstand zwischen den Sternen ist viel zu groß, als dass sie sich gegenseitig beeinflussen könnten oder als dass der heiße Jupiter den anderen Stern beeinflussen könnte. Das bedeutet, dass sie den planetenfreien Stern im System als „Kontrollproband“ verwenden können.

„Es ist fast so, als würde man Zwillinge in einer Studie verwenden, bei der ein Zwilling in einer völlig anderen Umgebung lebt, die sich auf ihre Gesundheit auswirkt“, erklärt Mitautorin Prof. Dr. Katja Poppenhäger, Leiterin der Abteilung Sternphysik und Exoplaneten am AIP. „Indem wir einen Stern mit einem nahegelegenen Planeten mit seinem Zwilling ohne einen solchen vergleichen, können wir die Unterschiede im Verhalten der gleichaltrigen Sterne untersuchen.“

Das Team beobachtete die von den Sternen ausgesandte Röntgenstrahlung mit den Weltraumteleskopen Chandra und XMM-Newton, um zu bestimmen, wie „jung“ ein Stern ist. Sie suchten nach Anzeichen für den Einfluss ihrer Planeten auf die Sterne, indem sie fast drei Dutzend Systeme im Röntgenlicht studierten. Sie fanden heraus, dass die Sterne mit heißen Jupitern tendenziell heller im Röntgenlicht und damit aktiver waren als ihre Begleitsterne ohne heiße Jupiter.

„In früheren Fällen gab es einige sehr faszinierende Hinweise, aber jetzt haben wir endlich den statistischen Beweis, dass einige Planeten tatsächlich ihre Sterne beeinflussen und sie jung halten“, so Mitautorin Marzieh Hosseini, ebenfalls AIP-Forscherin. „Wir hoffen, dass künftige Studien dazu beitragen werden, mehr Systeme zu entdecken, um diesen Effekt besser zu verstehen.“

Originalveröffentlichung
Tidal star–planet interaction and its observed impact on stellar activity in planet-hosting wide binary systems. N. Ilic, K. Poppenhaeger, S. Marzieh Hosseini, 2022, MNRAS, 513, 3, 4380, doi.org/10.1093/mnras/stac861, https://academic.oup.com/mnras/article/513/3/4380/6564186, https://arxiv.org/abs/2203.13637, pdf: https://arxiv.org/pdf/2203.13637.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag Die verjüngende Wirkung von Planeten auf ihre Sterne erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE).

30. März 2022 – Direkt außerhalb des galaktischen Balkens befindet sich ein innerer Ring aus metallreichen Sternen, die jünger sind als die Sterne im Balken. Anhand dieses Altersunterschieds zwischen dem Balken und den Ringsternen lässt sich abschätzen, dass sich der Balken vor mindestens 7 Milliarden Jahren gebildet haben muss. Die Existenz des Rings macht es wahrscheinlich, dass Sternbildung aus einströmendem Gas eine wesentliche Rolle in dieser frühen Phase der Milchstraße gespielt haben muss.

Die Struktur unserer eigenen Galaxie zu verstehen wird dadurch kompliziert, dass wir uns selbst in der Nähe eines ihrer Spiralarme in der Scheibenebene befinden. In viele Richtungen sind die Sterne durch dichte Gas- und Staubwolken verdunkelt. Dies gilt insbesondere für das Zentrum der Milchstraße, so dass die innere Struktur der Milchstraße besonders schwer zu studieren ist. Dennoch ist es Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) in den letzten zehn Jahren gelungen, Daten aus verschiedenen Beobachtungskampagnen mit ausgefeilten Computersimulationen zu kombinieren, um ein realistisches Modell der inneren Milchstraße zu erstellen: einen langsam rotierenden Balken mit einem sogenannten Bulge, der eine erdnussartige Form hat.

Kürzlich durchgeführte Himmelsdurchmusterungen haben eine Fülle neuer Daten für das Innere der Milchstraße geliefert. APOGEE ist eine groß angelegte spektroskopische Durchmusterung von Sternen im nahen Infrarotbereich. Im Gegensatz zu optischem Licht kann infrarotes Licht den Staub leichter durchdringen, so dass APOGEE Sterne in den staubigen Regionen der Milchstraße, wie der Scheibe und dem Bulge, aufspüren kann. Durch Analyse der Spektren können nicht nur Elementhäufigkeiten der Sterne bestimmt werden, sondern auch ihre Positionen, Sichtliniengeschwindigkeiten und ihr approximatives Alter. Darüber hinaus werden im Rahmen der ehrgeizigen Gaia-Mission mehr als eine Milliarde Sterne kartiert, um deren Positionen und Eigenbewegungen zu messen. Zusammen liefern beide Durchmusterungen alle notwendigen Beobachtungsdaten, um Umlaufbahnen für Sterne in der inneren Milchstraße zu bestimmen. Das einzige, was noch benötigt wird, ist ein realistisches Gravitationspotential der Milchstraße, um die Sternbahnen zu integrieren. Dieses erhält man aus dem dynamischen Modell für die innere Milchstraße, das von MPE Wissenschaftlern erstellt worden war.

„Wir haben mehr als 30 000 Sterne aus der APOGEE-Durchmusterung mit zusätzlichen Daten von Gaia in einem Milchstraßen-Balkenpotential integriert, um die vollständigen Umlaufbahnen dieser Sterne zu erhalten“, erklärt Shola M. Wylie, Doktorandin am MPE und Erstautorin der Studie. „Mit diesen Bahnen können wir dann sogar hinter den galaktischen Bulge sowie in andere Regionen sehen, die von den Durchmusterungen selbst nicht erfasst werden.“ Die Wissenschaftler nutzen dann diese Bahnen, um Karten der Dichte, der Metallizität und des Alters der Sterne in der inneren Milchstraße zu erstellen.

„Um den zentralen Balken herum finden wir eine ausgedehnte innere Ringstruktur, die metallreicher ist als der Balken und in der die Sterne jünger sind, um die 7 Milliarden Jahre alt“, fährt sie fort. Während sternbildende innere Ringe in anderen Scheibengalaxien nachgewiesen sind, war es nicht bekannt, dass unsere Heimatgalaxie einen Ring von alten Sternen aufweist. Um Sterne in den Ring- und Balkenstrukturen zu unterscheiden, nutzten die Wissenschaftler die Exzentrizität der Umlaufbahnen, d.h. ein Maß dafür wie stark die Umlaufbahn von einem Kreis abweicht. Sie stellten nicht nur fest, dass die Sterne im Ring jünger und metallreicher sind als die Sterne im Balken, sondern auch, dass diese Sterne stärker auf die Scheibenebene konzentriert sind.

„Sterne in diesem Ring müssen sich weiter aus einströmendem Gas gebildet haben, auch als der Balken schon gebildet war“ erklärt Ortwin Gerhard, leitender Wissenschaftler der MPE-Dynamikgruppe. Daher kann das Alter der Sterne im inneren Ring außerdem dazu genutzt werden, die Entstehungsgeschichte der Milchstraße zurückzudatieren: Die Wissenschaftler schätzen ab, dass sich der Galaktische Balken vor mindestens 7 Milliarden Jahren gebildet hat.

Noch unklar ist, ob es eine Verbindung zwischen dem neu entdeckten inneren Ring und den Spiralarmen der Milchstraße gibt und ob derzeit Gas aus den Spiralarmen in einen sternbildenden inneren Gasring transportiert wird, wie er in anderen Spiralgalaxien beobachtet wird. Um den Übergang vom Ring zur umgebenden Scheibe besser zu verstehen, sind weitere Arbeiten notwendig, die erweiterte Modelle und zusätzliche Daten erfordern.

Originalveröffentlichung
S. M. Wylie, J.P. Clarke, O.E. Gerhard
The Milky Way’s middle-aged inner ring
A&A, Volume 659, March 2022
DOI: https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/03/aa42343-21/aa42343-21.html

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Die Milchstraße

Der Beitrag Der innere Ring der Milchstraße erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Ruhr-Universität Bochum (RUB).

25. November 2021 – Am nächtlichen Sternenhimmel sehen wir mit dem bloßen Auge Jahr für Jahr die gleichen Konstellationen, sodass der Eindruck entstehen könnte, es handele sich um ein statisches Konstrukt – ein Gedanke, der sich über Jahrhunderte hielt, bevor es Anfang des 20. Jahrhunderts gelang nachzuweisen, dass das Universum ein dynamisches System ist, das mit einem großen Knall entstanden ist und sich immer weiter ausdehnt.

Auch auf kleineren Skalen ist die Dynamik hoch, Sterne entstehen und vergehen in mächtigen Supernovaexplosionen. So beeinflussen sie die Dynamik der Galaxien, in denen sie beherbergt sind. Durch die Explosionen entstehen Wolken von Teilchen oder aus Plasma, die mit kosmischen Magnetfeldern wechselwirken. Das Wechselspiel der kosmischen Materie, welches diese Prozesse antreibt, ist Leitthema des Sonderforschungsbereiches 1491: „Wie werden die verschiedenen Formen von Materie und Energie ineinander umgewandelt? Wie werden die kleinsten, elementaren Teilchen zu den höchsten, jemals beobachteten Energien beschleunigt? Wie entstehen im Plasma der Galaxien großräumige Magnetfeldstrukturen? Welchen Einfluss hat die dunkle Materie auf die Dynamik der Systeme?“, nennt Prof. Dr. Julia Tjus, Sprecherin des SFB, einige der Forschungsfragen.

16 führende Forschende arbeiten in 13 Teilprojekten zusammen, um ein vereinheitlichtes Bild der nachweisbaren Spuren der wechselwirkenden Materie zu erstellen. Sie wollen verstehen, wie kleine Galaxien wie unsere Milchstraße funktionieren, aber auch große, in deren Kern sich ein aktives, supermassives schwarzes Loch befindet. Hierzu werden theoretische astrophysikalische Modelle mit experimentellen Beobachtungen aller Wellenlängen und Teilchen verknüpft. Des Weiteren liefert der SFB Wissen über die fundamentalen Eigenschaften der Materie aus theoretischen Rechnungen, kosmologischen Beobachtungen und irdischen Experimenten zu Teilchenwechselwirkungen. Dieses Wissen kann direkt in den astrophysikalischen Modellen verwendet werden. Die Kombination der beiden Forschungsstränge liefert ein detailreiches und präzises Bild, wie die Galaxien funktionieren und sich entwickeln.

Kooperationspartner
Dieses Wechselspiel der kosmischen Materie zu verstehen ist nur möglich, wenn Forscherinnen und Forscher aus verschiedenen Bereichen der Physik zusammenarbeiten: An der RUB ist die Zusammenarbeit zwischen der Astro- und Plasmaphysik wohletabliert, hinzu kommt die Expertise aus der Teilchen- und Astroteilchenphysik an den benachbarten Universitäten Dortmund und Wuppertal. Die Verknüpfungen der Teilgebiete Astro-, Plasma-, Astroteilchen- und Teilchenphysik werden seit 2015 im Ruhrgebiet im Ruhr Astroparticle and Plasma Physics Center (RAPP Center) untersucht.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Kosmologie

Der Beitrag Wechselspiel der kosmischen Materie – Neuer RUB-Sonderforschungsbereich erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: ESO.

Theoretisch ist die Altersverteilung in Kugelsternhaufen relativ einfach. Alle Sterne sind in etwa so alt, wie der Haufen an sich auch. Das wären bei NGC 6362 rund 10 Milliarden Jahre. Dementsprechend dominieren tatsächlich rote Riesen das Bild dieses Kugelsternhaufens. In etwa sonnengroßen Sterne sollten sich in diesem Alter zu Riesensternen aufgebläht haben. Massereichere Sterne sollte es nicht mehr geben – sie wären nach diesem Zeitraum bereits in einer Supernova explodiert und zu weißen Zwergen, Neutronensternen oder auch schwarzen Löchern geworden. Solche schweren Sterne sind während ihres Lebens sehr heiß und leuchten daher blau. Theoretisch gäbe es also keine blauen Sterne in einem solch alten Sternhaufen.

Praktisch lassen sich jedoch auch in diesem Sternhaufen blaue Sterne entdecken, die offenbar jünger sind als sie sein sollten. Man spricht hier von „blauen Nachzüglern“, weil sie der theoretischen Entwicklung hinterher hinken. Man stellt sich also die Frage, wie diese Sterne so lange überleben konnten. Derzeit gehen die Astronomen davon aus, dass ganz normale alte Sterne eine Art „Frischzellenkur“ erhalten haben. Durch Kollision mit anderen Sternen oder das Abziehen von Materie eines anderen Sterns nahmen Sterne an Masse zu, lange nachdem sie entstanden waren. Durch diesen Mechanismus kommen sie erst sehr spät in ihrem Leben überhaupt dazu, zu einem blauen Riesenstern zu werden oder können durch Massengewinn zumindest länger als normal ein solcher bleiben.

NGC 6362 ist ein vergleichsweise leuchtschwacher und daher unbekannter Kugelsternhaufen im Sternbild Ara (Altar) am Südhimmel. Entdeckt wurde er im Jahr 1826 vom schottischen Astronomen James Dunlop, während er mit seinem 22-cm-Teleskop in Australien den Himmel beobachtete. Heute ist er für die Astronomen aufgrund seiner Sternpopulationen ein interessantes Forschungsobjekt. Die vorliegende Aufnahme der ESO wurde mit dem Wide Field Imager des 2,2-m-Teleskops erstellt, das eine Leihgabe der Max-Planck-Gesellschaft an die ESO ist. Die Aufnahme wurde bereits während der pre-FLAMES-Durchmusterung (1998-2001) erstellt, mit der die Arbeit des FLAMES-Spektrografen am VLT vorbereitet wurde. Im Laufe der Durchmusterung wurden Einzelsterne gesucht, die von FLAMES untersucht werden sollen oder bereits wurden. Die Aufnahme aus der damaligen Durchmusterung wurde jetzt mit einer Detailaufnahme von Hubble kombiniert um genauere Untersuchungen durchführen zu können.

Diskutieren sie mit:

• Kugelsternhaufen

Der Beitrag NGC 6362: Ein Sternen-Jungbrunnen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: arxiv.org:1010.2490v1. Vertont von Peter Rittinger.

Hyperschnellläufer sind extrem selten. Sie sind auf dem Weg, ihre Heimatgalaxie zu verlassen oder haben das bereits getan, so dass sie alleine durch das Universum fliegen. Um eine Galaxie verlassen zu können, müssen extrem hohe Geschwindigkeiten erreicht werden. Diese hängen von der Masse der jeweiligen Galaxie ab. Daher reichen in der Kleinen Magellanschen Wolke bereits geringere Geschwindigkeiten als in unserer Milchstraße aus, um als Hyperschnellläufer klassifiziert zu werden. Beschleunigt werden diese Sterne meistens dadurch, dass sie aus dicht gedrängten Gruppen von Sternen herausgeschleudert werden. Auch Supernovae in Mehrfachsystemen können einzelne Komponenten sehr stark beschleunigen.

Hyperschnellläufer lassen sich grundsätzlich auf drei Arten entdecken. Zunächst ist es möglich, die Positionsveränderung von Sternen direkt zu vermessen und aus der Veränderung dieser Position die Bewegungsgeschwindigkeit zu bestimmen. Dann kann man durch Spektralanalysen feststellen, wie stark das Spektrum durch den Doppler-Effekt verschoben ist. Durch den Vergleich mit den sonstigen Sternen in der jeweiligen Galaxie kann man feststellen, ob diese gemessene Geschwindigkeit ausreicht, um die Galaxie zu verlassen.

Neben dieser direkten Bestimmung der Geschwindigkeit kann man auch nach den von den Sternen verursachten Schockwellen suchen. Zwischen den Sternen einer Galaxie ist immer auch Gas. Dieses hat nur eine geringe Dichte und ist oft auch ionisiert, es hat aber eine definierte „Schallgeschwindigkeit“. Diese liegt typischerweise bei etwa 10 km/s. Wenn sich ein Objekt schneller durch dieses interstellare Medium bewegt, verursacht es eine Schockwelle. Durch die Verdichtung wird das Gas erwärmt und strahlt im infraroten Bereich.

Die Astronomen des Argelander-Instituts für Astronomie der Universität Bonn haben genau danach gesucht. Dazu wurden Infrarot-Aufnahmen des Spitzer-Weltraumteleskops verwendet. Auf den Aufnahmen hat man nach den Schockwellen gesucht, die im Infrarotbereich (insbesondere im 24-μm-Band) gut zu erkennen sind. Mit dieser Analyse konnten insgesamt zwölf Schockwellen nachgewiesen werden.

Bei allen gefundenen Sternen handelt es sich um sehr schwere Sterne mit kurzer Lebensdauer. Da an den Schockwellen auch die Bewegungsrichtung erkennbar ist und man weiß, dass Hyperschnellläufer meistens aus Clustern von Sternen stammen, kann man ebenfalls vermuten, woher diese Sterne kommen. Man nimmt hierbei an, dass der jeweils nächstgelegene Cluster junger Sterne in der richtigen Richtung die Heimat dieser Sterne sein muss. Weiter entfernte Cluster würden jeweils zu lange Reisedauern erfordern, als dass die Sterne noch existieren könnten.

Die gefundenen Sterne gehören alle unterschiedlichen Varianten der Spektralklassen O und B an. Diese blauen Riesensterne haben typischerweise Massen von einigen 10 Sonnenmassen, was einer Lebensdauer von einigen Millionen Jahren entspricht, also relativ kurz. Das Alter der gefundenen Sterne liegt daher auch zwischen 3 und 10 Millionen Jahren. In dieser Zeit konnten sie Abstände zwischen 195 und 945 Lichtjahre zu ihren Entstehungsregionen erreichen.

Raumcon:

• Hyperschnellläufer-Sterne

Der Beitrag Hyperschnellläufer in der Kleinen Magellanschen Wolke erschien zuerst auf Raumfahrer.net.