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Astronomen haben das erste Nahaufnahmebild eines Sterns außerhalb unserer Galaxie aufgenommen, aufgenommen in einem dramatischen Moment gegen Ende seines Lebens. Darin scheint der „Gigant“-Stern Gas und Staub auszustoßen, ein entscheidender letzter Schritt vor der Explosion in einer Supernova.
Der als WOH G64 bekannte Stern befindet sich 160.000 Lichtjahre von der Erde entfernt in der Großen Magellanschen Wolke, einer kleinen Nachbargalaxie, die die Milchstraße umkreist. Die Forscher haben das Bild mit dem Very Large Telescope Interferometer des European Southern Observatory in der chilenischen Atacama-Wüste aufgenommen.
Das beispiellose Bild, kombiniert mit Beobachtungen von WOH G64 im letzten Jahrzehnt, hat Astronomen die Möglichkeit gegeben, Schlüsselmomente im gewalttätigen Lebenszyklus eines Sterns mitzuerleben. Eine Studie, die einen Vergleich der Beobachtungen beschreibt, wurde am Donnerstag in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
„Zum ersten Mal ist es uns gelungen, ein vergrößertes Bild eines sterbenden Sterns in einer Galaxie außerhalb unserer eigenen Milchstraße aufzunehmen“, sagte der leitende Studienautor Keiichi Ohnaka, ein Astrophysiker von der Andrés Bello National University in Chile, in einer Erklärung . „Wir haben einen eiförmigen Kokon entdeckt, der den Stern eng umgibt. Wir sind aufgeregt, weil dies möglicherweise mit dem drastischen Auswurf von Material aus dem sterbenden Stern vor einer Supernova-Explosion zusammenhängt.“
WOH G64 ist ein roter Überriese, der 2.000 Mal größer als unsere Sonne ist, was Astronomen dazu veranlasst hat, ihn den „Gigantenstern“ zu nennen. In der letzten Phase ihres Lebens werfen Rote Überriesen ihre äußere Gas- und Staubschicht ab, ein Prozess, der Tausende von Jahren dauern kann.
Wissenschaftler entdeckten den Stern erstmals 1981, und Beobachtungen des InfraRed Astronomical Satellite später im Jahrzehnt zeigten, dass WOH G64 unglaublich leuchtend und eines der extremsten Beispiele eines Roten Überriesen war, sagte Studienkoautor Jacco van Loon, Direktor des Keele-Observatoriums im Vereinigten Königreich Keele-Universität.
Van Loon beobachtet WOH G64 seit den 1990er Jahren und studierte es als Student an der Europäischen Südsternwarte. Er konnte die Geschwindigkeit messen, mit der der Stern Material in den Weltraum abgibt, und erkannte, dass er die Ausstoßgeschwindigkeit nicht lange aufrechterhalten konnte, bevor er nichts mehr abzugeben hatte.
Im Laufe der Zeit beobachtete van Loon, wie sich die Helligkeit des Sterns änderte, was darauf hindeutet, dass er sich von einem massereichen Roten Überriesen zu einem kleineren und heißeren Stern wandelte.
Ohnakas Team nutzte das Very Large Telescope Interferometer zur Untersuchung des Sterns in den Jahren 2005 und 2007, doch die Forscher warteten jahrelang auf die Entwicklung eines der Instrumente der zweiten Generation des Teleskops, GRAVITY, bevor ein Bild des Sterns möglich war.
Die Wissenschaftler verglichen die neuesten Beobachtungen von GRAVITY mit früheren Beobachtungen und stellten fest, dass der Stern im letzten Jahrzehnt deutlich schwächer geworden ist.
„Wir haben herausgefunden, dass der Stern in den letzten 10 Jahren eine bedeutende Veränderung erlebt hat, was uns die seltene Gelegenheit bietet, das Leben eines Sterns in Echtzeit zu beobachten“, sagte Gerd Weigelt, Co-Autor der Studie, Professor für Astronomie am Max-Planck-Institut für Astronomie Radioastronomie in Bonn, Deutschland, in einer Erklärung.
Das Astronomieteam geht davon aus, dass das vom Stern freigesetzte Gas und der Staub dafür verantwortlich sind, wie stark er sich in den letzten Jahren verdunkelt hat, sowie für die ungewöhnliche, ausgedehnte Form des Staubkokons, der sich um WOH G64 gebildet hat. Es sei auch möglich, dass ein unsichtbarer Begleitstern die Form des Kokons beeinflusst habe, sagten die Studienautoren.
WOH G64 ist einer der größten und leuchtendsten Sterne in der Großen Magellanschen Wolke, und wenn er unsere Sonne ersetzen würde, würde er sich weit über die Umlaufbahn des Jupiter hinaus erstrecken, sagte Edward Guinan, Professor für Astronomie und Astrophysik an der Villanova University in Pennsylvania. Guinan war an der neuen Studie nicht beteiligt. Sollte der Stern in Zukunft tatsächlich explodieren, wäre dies mit bloßem Auge sichtbar.
„Sie haben mit dem VLTI/Gravity-Instrument ein erstaunliches Bild des Sterns und seines komplexen riesigen, ausgestoßenen Gas-/Staub-Torus aufgenommen“, sagte Guinan in einer E-Mail und bezog sich dabei auf die Donutform der Wolke um den Stern.
Es hat 160.000 Jahre gedauert, bis das Licht vom Moment des Lebens des Sterns, der im neuen Bild festgehalten wurde, die Erde erreichte. WOH G64 hatte bei seiner Geburt wahrscheinlich die 25- bis 40-fache Masse der Sonne, und solch massereiche Sterne sterben, wenn ihre Kerne kollabieren, was zur Entstehung eines Schwarzen Lochs führt, sagte van Loon. Während der Stern wahrscheinlich zur Supernova wird, ist es unmöglich zu sagen, wann die Explosion stattfinden könnte.
„Wir konnten nie genau sagen, wann ein Roter Überriese explodieren wird, da wir nicht in ihn hineinschauen können“, sagte van Loon. „Was wir wissen, ist, dass eine solche Supernova, die 1987 zur Überraschung jedes Astronomen in derselben Galaxie beobachtet wurde, ein explodierter blauer Überriese war. Das Hubble-Weltraumteleskop enthüllte bald, dass es sich in der Vergangenheit, vielleicht 20.000 Jahre vor der Explosion, tatsächlich um einen Roten Überriesen gehandelt hatte. Wir könnten erleben, wie WOH G64 eine solche Metamorphose durchläuft. In diesem Fall könnte es noch Tausende von Jahren dauern, bis wir es explodieren sehen.“
Seltene blaue Überriesen gehören zu den heißesten und hellsten Sternen im Universum. Andere entfernte Supernovae haben jedoch gezeigt, dass Sterne Jahrzehnte zuvor vor ihrer Explosion dichte Wolken ausstießen.
„Wenn wir das sehen (WOH G64), dann erwartet uns bald ein Spektakel“, sagte van Loon.
In den letzten Jahren haben Astronomen, die den Roten Überriesen Beteigeuze, etwa 645 Lichtjahre von der Erde entfernt in der Milchstraße, untersuchten, beobachtet, wie dieser Stern unerwartet schwächer wurde, was einige zu der Annahme veranlasste, dass er kurz vor der Explosion stand. Einige Astronomen glauben, dass die Verdunkelung nur durch eine vom Stern ausgestoßene Staubwolke verursacht wurde. Es sei bei weitem nicht so hell oder variabel wie WOH G64, sagte van Loon, und habe im Vergleich zu dem, was WOH G64 durchmacht, nur einen kurzen Einbruch erlebt.
„Während Beteigeuze von seiner Präsentation unbeeindruckt ist, könnte WOH G64 seinen Mantel verloren haben und sich für immer verändert haben“, sagte er in einer E-Mail.
Ohnakas Team plant, in Zukunft weitere Bilder des Sterns aufzunehmen, was eine Herausforderung darstellen wird, da er schwächer wird. Aber geplante Aktualisierungen der Instrumente des Teleskops werden helfen, sagte Ohnaka.
Im letzten Jahrzehnt wagte sich van Loon in andere Bereiche der Astrophysik vor. Aber WOH G64 brachte ihn „wieder dazu, diese Monstersterne zu studieren“, sagte van Loon.
„Die Details, die wir jetzt sehen können, sind erstaunlich, vergleichbar mit dem Anblick einer Person auf dem Mond“, sagte er. „Aber darüber hinaus haben wir es erwischt, als es gerade etwas Dramatisches getan haben muss. Der längliche Klecks, den wir auf unserem Bild sehen, ist eine dichte Staubwolke. Dadurch ist es schwierig, den Stern selbst zu erkennen, aber alles deutet darauf hin, dass es sich tatsächlich um einen viel heißeren Stern handelt. Ich fühle mich sehr glücklich, dies miterleben zu dürfen, denn wir hätten es Tausende von Jahren beobachten können, ohne große Veränderungen zu bemerken.“
