Im Februar 1946 verpasst der Amateurastronom Leslie Peltier die Gelegenheit seines Lebens: Im Sternbild Nördliche Krone ereignet sich ein regelmäßiges, aber seltenes astronomisches Ereignis, auf das er bereits Jahrzehnte gewartet hatte: Es erscheint für wenige Stunden ein neuer Stern – ein Lichtpunkt, der mit bloßem Auge sichtbar ist und der vorher nicht da zu sein schien.

Franzi erzählt in dieser Folge vom Phänomen solcher Stellae Novae, kurz Novae. Anders als der Name vermuten lässt, handelt es sich aber gar nicht um neue Sterne, sondern lediglich um das kurzzeitige Aufleuchten eines alten Weißen Zwergs in einer gewaltigen Wasserstoffexplosion. Obwohl Astronominnen und Astronomen den Prozess heute grob verstanden haben, sind noch viele Fragen um die Nova offen. Da passt es ganz gut, dass derzeit der fragliche Stern im Sternbild Nördliche Krone kurz vor dem nächsten Ausbruch steht.

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 iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist ein Podcast der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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Quelle: ESA 13. Juni 2022.

13. Juni 2022 – Gaia ist die Mission der ESA zur Erstellung der genauesten und vollständigsten multidimensionalen Karte der Milchstraße. Dadurch können die Astronom*innen die Struktur und vergangene Entwicklung unserer Heimatgalaxie über Milliarden von Jahren nachvollziehen sowie den Lebenszyklus von Sternen und unseren Platz im Universum besser verstehen.

Was ist neu in der Datenfreigabe 3?
Die Datenfreigabe 3 von Gaia enthält neue und verbesserte Details für fast zwei Milliarden Sterne in unserer Galaxie. Der Katalog enthält neue Daten, wie z. B. chemische Zusammensetzungen, Sterntemperaturen, Farben, Massen, Alter und die Geschwindigkeit, mit der sich Sterne auf uns zu oder von uns weg bewegen (Radialgeschwindigkeit). Ein Großteil dieser Informationen wird durch die erstmals veröffentlichten Spektroskopie-Daten von Gaia bereitgestellt, für die das Sternenlicht in seine einzelnen Farben aufgespalten wird (wie bei einem Regenbogen). Die Daten enthalten auch spezielle Untergruppen von Sternen, z. B. jene, deren Helligkeit sich mit der Zeit ändert.

Dieser Datensatz enthält auch den bisher größten Katalog von Doppelsternen, Tausende von Objekten des Sonnensystems wie Asteroiden und Monde von Planeten sowie Millionen von Galaxien und Quasaren außerhalb der Milchstraße.

Sternenbeben
Zu den überraschendsten Entdeckungen in den neuen Daten gehört, dass Gaia Sternenbeben – winzige Bewegungen auf der Oberfläche eines Sterns – nachweisen kann, die die Form der Sterne verändern. Das Observatorium wurde eigentlich nicht dafür gebaut.

Gaia hat bereits zuvor radiale Schwingungen gefunden, die Sterne regelmäßig anschwellen und schrumpfen lassen, während sie ihre kugelförmige Gestalt beibehalten. Allerdings hat Gaia jetzt auch andere Schwingungen entdeckt, die eher wie große Tsunamis wirken. Diese nicht-radialen Schwingungen verändern lediglich die globale Form eines Sterns und sind daher nicht so leicht zu erkennen.

Gaia hat bei Tausenden von Sternen starke nicht-radiale Sternenbeben entdeckt. Gaia hat außerdem derartige Schwingungen in Sternen aufgedeckt, bei denen diese bisher nur selten zu sehen waren. Nach den derzeitigen Theorien sollten diese Sterne keine Beben haben, aber Gaia hat sie an ihrer Oberfläche entdeckt.

„Sternenbeben lehren uns eine Menge über die Sterne, insbesondere über ihr Innenleben. Gaia ist eine Goldgrube für die ‚Asteroseismologie‘ massereicher Sterne“, sagt Conny Aerts von der KU Leuven in Belgien, die Mitglied des Gaia-Konsortiums ist.

Die DNA der Sterne
Die Zusammensetzung der Sterne kann uns etwas über ihren Entstehungsort und ihre anschließende Reise und damit über die Geschichte der Milchstraße verraten. Mit den heute veröffentlichten Daten enthüllt Gaia die größte chemische Karte der Galaxie, die mit 3D-Bewegungen von der Umgebung unserer Sonne bis hin zu kleineren Galaxien in unserer Nähe gekoppelt ist.

Einige Sterne enthalten mehr „Schwermetalle“ als andere. Während des Urknalls bildeten sich nur leichte Elemente (Wasserstoff und Helium). Alle anderen schwereren Elemente, die von Astronom*innen „Metalle“ genannt werden, entstehen im Inneren von Sternen. Wenn Sterne sterben, werden diese Metalle in das Gas und den Staub zwischen den Sternen, das sogenannte interstellare Medium, freigesetzt, aus dem dann neue Sterne entstehen. Durch das aktive Entstehen und Sterben von Sternen entsteht eine metallreichere Umgebung. Die chemische Zusammensetzung eines Sterns ist somit eine Art DNA, die uns wertvolle Informationen über seine Herkunft liefert.

Dank Gaia wissen wir, dass einige Sterne in unserer Galaxie aus primordialem Material bestehen, während andere wie unsere Sonne aus einer Materie bestehen, die von früheren Generationen von Sternen angereichert wurde. Die dem Zentrum und der Ebene unserer Galaxie näher gelegenen Sterne sind reicher an Metallen als Sterne in größerer Entfernung. Gaia hat außerdem anhand ihrer chemischen Zusammensetzung Sterne identifiziert, die ursprünglich aus anderen Galaxien als unserer stammen.

„Unsere Galaxie ist ein wunderschöner Schmelztiegel von Sternen“, sagt Alejandra Recio-Blanco vom Observatoire de la Côte d’Azur in Frankreich, die Mitglied von des Gaia-Konsortiums ist.

„Diese Vielfalt ist extrem wichtig, denn sie verrät uns die Geschichte der Entstehung unserer Galaxie. Sie offenbart die Migrationsprozesse innerhalb unserer Galaxie und die Akkretion aus externen Galaxien. Dies zeigt auch deutlich, dass unsere Sonne und wir alle Teil eines sich ständig verändernden Systems sind, das durch die Zusammenführung von Sternen und Gas unterschiedlicher Herkunft entstanden ist.“

Doppelsterne, Asteroiden, Quasare und mehr
Mehrere heute veröffentlichte Arbeiten spiegeln die ganze Fülle und Tiefe des Entdeckungspotenzials von Gaia wider. Ein neuer Katalog von Doppelsternen gibt Aufschluss über die Masse und die Entwicklung von mehr als 800.000 Doppelsternsystemen, während eine neue Asteroidenstudie, die 156.000 felsige Körper umfasst, den Ursprung unseres Sonnensystems näher beleuchtet. Gaia enthüllt auch Informationen über 10 Millionen veränderliche Sterne, geheimnisvolle Makromoleküle zwischen den Sternen sowie Quasare und Galaxien außerhalb unserer eigenen kosmischen Nachbarschaft.

„Anders als bei anderen Missionen, die auf bestimmte Objekte abzielen, handelt es sich bei der Mission Gaia um eine Durchmusterungsmission. Das bedeutet, dass Gaia bei der mehrfachen Durchmusterung des gesamten Himmels mit Milliarden von Sternen zwangsläufig Entdeckungen machen wird, die anderen, spezielleren Missionen entgehen würden. Das ist eine ihrer Stärken, und wir sind gespannt darauf, dass die Astronomiegemeinschaft unsere neuen Daten genau unter die Lupe nimmt, um noch mehr über unsere Galaxie und ihre Umgebung zu erfahren, als wir uns vorstellen konnten“, sagt Timo Prusti, Projektwissenschaftler für Gaia bei der ESA.

Gaia Data Release 3 Papers (Englisch)
https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dr3-papers

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• GAIA

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESO.

Ein schweizerisches Astronomenteam vom Observatoire de Genève hat bei astronomischen Beobachtungen mit einem vergleichsweise kleinen Teleskop von lediglich 1,2 Metern Spiegeldurchmesser, welches sie für ein mehrjähriges Beobachtungsprogramm eingesetzt haben, eine außergewöhnliche und zuvor nicht gegebene Präzision erreicht. Über die Vermessung von winzigen Variationen in der Helligkeit von Sternen haben die Astronomen dabei eine neue Klasse von sogenannten veränderlichen Sternen entdeckt.

Die neuen Erkenntnisse basieren auf regulären Helligkeitsmessungen bei mehr als 3.000 Sternen im offenen Sternhaufen NGC 3766. Dieser Sternhaufen befindet sich in einer Entfernung von ungefähr 7.000 Lichtjahren zu unserem Sonnensystem im südlichen Sternbild Centaurus (der Zentaur). Das Alter des Haufens wird auf rund 20 Millionen Jahren geschätzt. Bei einem Durchmesser von 12 Bogenminuten erreicht NGC 3766 eine scheinbare Helligkeit von 5,30 mag. Von einem auf der Südhalbkugel der Erde gelegenen Standort aus kann der Sternhaufen somit selbst mit bloßem Auge in der unmittelbaren Nähe des Sternbildes „Kreuz des Südens“ erkannt werden. Betrachtet durch ein Amateurteleskop mittlerer Größe präsentiert sich das Objekt sehr eindrucksvoll.

Das von Nami Mowlavi geleitete schweizerische Astronomenteam hat NGC 3766 und einige weitere offene Sternhaufen über einen Zeitraum von sieben Jahren untersucht. Bei der Auswertung der Beobachtungsdaten zeigte sich, dass 36 der in NGC 3766 beheimateten Sterne eine winzige, regelmäßig auftretende Helligkeitsschwankung in einer Größenordnung von lediglich 0,1 Prozent der durchschnittlichen Helligkeit dieser Sterne aufweisen. Diese Schwankungen erfolgen dabei in Perioden zwischen ungefähr zwei bis hin zu 20 Stunden. Die beobachteten Sterne sind etwas heißer und heller als das Zentralgestirn unseres Sonnensystems, scheinen ansonsten aber, abgesehen von ihren Rotationsgeschwindigkeiten, über keine weiteren auffälligen Eigenschaften zu verfügen.

Der bei den Messungen erreichte Grad an Präzision ist doppelt so hoch wie bei vergleichbaren Studien, bei denen andere Teleskope eingesetzt wurden. Nur so konnten die beteiligten Astronomen diese winzigen Helligkeitsschwankungen jetzt erstmals enthüllen.

„Dieses hohe Niveau an Empfindlichkeit haben wir einerseits durch die hohe Qualität der Beobachtungen in Kombination mit einer sorgfältigen Analyse der Daten erlangt“, so Nami Mowlavi. „Andererseits aber auch deshalb, weil wir hierbei ein umfangreiches, siebenjähriges Beobachtungsprogramm durchgeführt haben. Es wäre vermutlich nicht möglich gewesen so viel Beobachtungszeit an einem größeren Teleskop zu erhalten.“

Durchgeführt wurden diese Beobachtungen mit dem Leonhard-Euler-Teleskop, welches sich am La-Silla-Observatorium der Europäischen Südsternwarte (kurz „ESO“) in den chilenischen Anden befindet.

Viele Sterne im bekannten Universum werden von den Astronomen als veränderliche oder pulsierende Sterne bezeichnet, da ihre scheinbare Helligkeit in bestimmten Zeiträumen variiert. Wie genau sich die Helligkeit dieser Sterne verändert, hängt dabei auf komplexe Weise von den physikalischen Eigenschaften und dem inneren Aufbau dieser Sterne ab. Dieses Phänomen führte mittlerweile zu der Entwicklung eines eigenen Forschungszweiges innerhalb der Astrophysik, welcher als Asteroseismologie bezeichnet wird.

„Die bloße Existenz dieser neuen Klasse von veränderlichen Sternen ist eine Herausforderung für die Astrophysiker“, so Sophie Saesen, ein weiteres Mitglied des Beobachtungsteams. „Die heutigen theoretischen Modelle sagen voraus, dass die beobachteten Sterne ihre Helligkeit nicht auf diese Weise ändern dürften. Unsere derzeitigen Bemühungen konzentrieren sich daher darauf, mehr über diese seltsame Art von Sternen in Erfahrung zu bringen.“

Obwohl der Grund für die Veränderlichkeit der Sterne derzeit noch nicht entschlüsselt ist, gibt es einen ersten interessanten Hinweis. Einige der Sterne scheinen sehr schnell zu rotieren. Sie drehen sich mit Geschwindigkeiten von mehr als der Hälfte der sogenannten „kritischen Geschwindigkeit“ um ihre Rotationsachse. Bei der kritischen Geschwindigkeit handelt es sich um einen Grenzwert, ab dem Sterne instabil werden und einen Teil ihrer Materie in das umgebende Weltall katapultieren.

„Unter diesen Bedingungen wird die schnelle Drehung der Sterne einen wichtigen Einfluss auf die Eigenschaften in ihrem Inneren haben. Wir können die Änderungen in der Helligkeit dieser Sterne jedoch noch nicht angemessen modellieren“, erklärt Nami Mowlavi. „Wir hoffen jedoch, dass unsere Entdeckung Spezialisten dazu anregt, sich näher mit diesem Thema auseinander zu setzen.“ Dadurch, so die Hoffnung der Astronomen, könnte sich ein besseres Verständnis der Ursache dieser rätselhaften Helligkeitsschwankungen ergeben.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse von Nami Mowlavi et al. wurden am heutigen 12. Juni 2013 unter dem Titel „Stellar variability in open clusters I. A new class of variable stars in NGC 3766“ in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ publiziert.

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• Veränderliche Sterne

Fachartikel von Nami Mowlavi et al.:

• Stellar variability in open clusters I. A new class of variable stars in NGC 3766 (engl.)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Universität Köln, HST.

Im Rahmen ihrer Untersuchungen analysierten die an der Studie beteiligten Astronomen einen im Sternbild „Großer Hund“ (lateinischer Name „Canis Major“) gelegenen veränderlichen Stern. Der Rote Überriese VY Canis Majoris – oder kurz VY CMa – befindet sich in einer Entfernung von etwa 4.900 Lichtjahren zu unserem Sonnensystem und gilt als einer der am hellsten leuchtenden Sterne im derzeit untersuchten Universum.

„VY CMa ist kein gewöhnlicher Stern. Es ist einer der größten Sterne, die wir kennen, und er steht nahe am Ende seines Lebens“, so Tomasz Kamiński vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR). Dieser Stern verfügt über den 1.000- bis 2.000-fachen Durchmesser der Sonne und wäre er in unserem Sonnensystem platziert, so würde er fast die Umlaufbahn des Saturn erreichen.

Der Stern setzte im Verlauf der letzten etwa 1.000 Jahre große Mengen an Material frei, welches dabei einen unregelmäßig geformten Nebel aus Staub und Gas bildete. Der somit sichtbar gewordene Reflexionsnebel entstand dadurch, dass die in der freigesetzten Molekülwolke enthaltenen Staubpartikel das Licht des Zentralsterns reflektieren. Die komplexe Struktur dieses Nebels hat die Astronomen schon über Jahrzehnte hinweg vor ein Rätsel gestellt. Allgemein anerkannt ist, dass sich dieser Nebel als Resultat eines Sternwinds gebildet hat. Aber es ist längst nicht verstanden, worauf die sehr unregelmäßige Struktur dieses Nebels zurückgeführt werden kann. Und es ist ebenfalls noch nicht bekannt, welcher physikalische Prozess die von dem Stern ausgehenden Winde ganz allgemein antreibt. Aufgrund welcher Vorgänge bewegt sich das Material von der Sternoberfläche weg und dehnt sich anschließend in den umgebenden Raum aus?

„Das Schicksal von VY CMa wird sein, als Supernova zu explodieren, aber wir wissen nicht genau, wann das tatsächlich stattfinden wird“, so Karl Menten, der Leiter der Forschungsabteilung „Millimeter- und Submillimeter-Astronomie“ am MPIfR.

Durch die Beobachtung des Sterns bei verschiedenen Wellenlängen ergeben sich dabei eine Vielzahl von charakteristischen Einzelinformationen über die in der Umgebung befindlichen atomaren und molekularen Gase und Staubteilchen. Daraus können wiederrum die physikalischen Eigenschaften des beobachteten Objekts abgeleitet werden, denn jedes Atom oder Molekül sendet eine in einer ganzen Anzahl von charakteristischen Linien erkennbare Strahlung aus. Diese stellen eine Art „Strichcode“ dar, mit dessen Hilfe sich die in diesem Nebel enthaltenen Moleküle identifizieren lassen.

„Die Strahlung in kurzen Radiowellenlängen, den sogenannten Submillimeter-Wellen, ist für die Untersuchung von Molekülen und deren Eigenschaften hervorragend geeignet“, so Sandra Brünken von der Universität zu Köln. „Die Identifizierung der Moleküle ist leichter möglich und normalerweise kann man auch eine größere Anzahl von Molekülen beobachten als in anderen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums.“

Im Rahmen ihrer Studie des Sterns VY Canis Majoris gelang es dem Astronomenteam dabei erstmals, Titanoxid und Titandioxid im Bereich der Radiowellenlängen in der unmittelbaren Umgebung des Sterns zu beobachten. Darüber hinaus ist dies das erste Mal überhaupt, dass Titandioxid im Kosmos identifiziert werden konnte. Dieses Molekül ist uns aus dem alltäglichen Leben als Hauptbestandteil des unter Malern als „Titanweiß“ bekannten Weißpigments und ebenso als Zutat von Sonnenschutzmitteln bekannt. Zudem ist es sehr wahrscheinlich, dass Sie Titandioxid schon einmal als Bestandteil Ihrer Nahrung aufgenommen haben, da es zur Färbung von Lebensmitteln benutzt wird (aufgeführt unter der Codenummer „171“).

Theoretische Überlegungen lassen vermuten, dass Sterne – und hierbei speziell Sterne mit einer sehr niedrigen Oberflächentemperatur – Titanoxide in großen Mengen produzieren, welche anschließend durch den Sternwind in weiter außen gelegene Regionen transportiert werden.

„Titanoxide neigen dazu, sich in Form von Staubpartikeln zusammenzuballen, die dann im Optischen oder im Infraroten sichtbar werden“, so Nimesh Patel vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. „Und die katalytische Wirkung von Titandioxid beeinflusst vermutlich die chemischen Prozesse, die auf den Staubkörnern stattfinden“, ergänzt Holger Müller von der Universität zu Köln. „Das ist sehr wichtig für die Entstehung von größeren Molekülen im Weltraum.“

Absorptionsbanden von Titanoxid (kurz „TiO“) im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums sind der Wissenschaft dagegen bereits seit mehr als 100 Jahren bekannt. Tatsächlich benutzen die Astronomen diese Linien mittlerweile sogar zur Klassifikation von bestimmten Sterntypen mit niedrigen Oberflächentemperaturen (gemeint sind hierbei Sterne der „Spektralklassen“ „M“ und „S“). Das Pulsationsverhalten von „Mirasternen“, einer bestimmten Gruppe von in einem sehr späten Entwicklungsstadium befindlichen veränderlichen Überriesen-Sternen, wird ebenfalls auf den Einfluss von TiO zurückgeführt.

Die Beobachtungen von Titanoxid und Titandioxid zeigen, dass diese beiden Moleküle in der Umgebung von VY CMa in größerer Menge vorhanden sein müssen, und zwar in Regionen, welche auch mehr oder weniger mit den bisherigen theoretischen Überlegungen übereinstimmen. Es scheint jedoch, dass ein bestimmter Anteil dieser Moleküle keinen Staub bildet, sondern gegenwärtig vielmehr in der Gasphase beobachtet wird. Eine mögliche Erklärung hierfür wäre, dass der Staub in der Vergangenheit in dem umgebenden Nebel zerstört wurde und sich daher derzeit wieder im gasförmigen Aggregatzustand befindet. Ein solches Szenario wird dadurch unterstützt, dass Bestandteile des Sternwindes um VY CMa offenbar miteinander kollidieren.

Die neuen Entdeckungen in Submillimeter-Wellenlängen sind vor allem deshalb von Bedeutung, weil dadurch allgemein der Prozess der Staubentstehung detailliert erforscht werden kann. Bei Beobachtungen im optischen Wellenlängenbereich tritt das Problem auf, dass die von den Molekülen ausgesandte Strahlung an Staubpartikeln in dem umgebenden Nebel gestreut wird und sich daraus ein verschwommenes Bild ergibt. Dieser Effekt kann bei Radiowellen im Submillimeter-Bereich vernachlässigt werden und ermöglicht den Astronomen dadurch wesentlich präzisere Messungen.

Die Entdeckung von Titanoxid und Titandioxid im Spektrum von VY CMa erfolgte mit dem „Submillimeter-Array“ (kurz „SMA“), einem „Radiointerferometer“ auf dem Mauna Kea auf Hawaii/USA. Da dieses Radioteleskop insgesamt acht Einzelantennen miteinander verbindet, welche ein virtuelles Teleskop von 226 Metern Durchmesser ergeben, konnten die Astronomen ihre Messungen mit bislang nicht erreichter Empfindlichkeit und Winkelauflösung durchführen. Eine Bestätigung der neuen Entdeckungen erfolgte später mit dem Plateau-de-Bure-Interferometer (kurz „PdBI“) des IRAM-Instituts in den französischen Alpen.

Erst kürzlich erfolgte am 13. März 2013 die offizielle Inbetriebnahme des „Atacama Large Millimeter/submillimeter Array“ (kurz „ALMA“) durch die Europäische Südsternwarte (ESO). „ALMA wird die Untersuchung von Titanoxiden und weiteren Molekülen in VY CMa bei sogar noch besserer Auflösung ermöglichen“, so Tomasz Kamiński. „Damit lassen unsere Resultate einiges für zukünftige Entdeckungen erwarten.“

Die im Rahmen der Studie von VY Canis Majoris gewonnenen Erkenntnisse wurden kürzlich von Tomasz Kamiński et al. in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ unter dem Titel „Pure rotational Spectra of TiO and TiO₂ in VY Canis Majoris“ publiziert.

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Fachartikel von Tomasz Kamiński et al.:

• Pure rotational Spectra of TiO and TiO₂ in VY Canis Majoris (engl.)

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