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Erster Nachweis von Lithium in einem explodierenden Stern

29.07.2015

Erstmals konnte das chemische Element Lithium in der ausgestoßenen Materie einer Nova nachgewiesen werden. Beobachtungen von Nova Centauri 2013 mit Teleskopen des La Silla-Observatoriums der ESO und in der Nähe von Santiago de Chile helfen bei der Aufklärung des Rätsels, warum so viele junge Sterne mehr von diesem Element enthalten als erwartet. Diese Entdeckung liefert ein seit langem fehlendes Teil im Puzzle der chemischen Entwicklungsgeschichte unserer Galaxie und ist ein großer Fortschritt für das Verständnis des Mischungsverhältnisses der chemischen Elemente in den Sternen unserer Milchstraße.

Das leichte chemische Element Lithium ist eines der wenigen Elemente, das nach unserer Modellvorstellung auch beim Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren entstanden ist. Aber die Mengen an Lithium, die wir heute in den Sternen unserer kosmischen Nachbarschaft finden, bereiten den Astronomen Kopfzerbrechen. Ältere Sterne weisen weniger Lithium auf als erwartet [1], während einige jüngere Sterne bis zu zehn mal soviel davon enthalten [2].


Nova Centauri 2013 von La Silla aus

Foto: Y. Beletsky (LCO)/ESO

Seit den 1970er Jahren vermuten Astronomen schon, dass das überschüssige Lithium der jungen Sterne in Novae entstanden sein könnte – bei Sternexplosionen, die Materie in den Raum zwischen den Sternen ausstoßen, wo es dann zur Entstehung der nächsten Sterngeneration beiträgt. Aber selbst gründliche Studien an Novae konnten bisher noch keinen klaren Hinweis darauf liefern.

Ein Team unter der Leitung von Luca Izzo von der Sapienza-Universität in Rom und ICRANet, im italienischen Pescara hat jetzt mit dem FEROS-Spektrografen am MPG/ESO 2,2-Meter Teleskop am La Silla Observatorium sowie dem PUCHEROS-Spektrografen am 0,5-Meter Teleskop der ESO an der Sternwarte der Pontificia Universidad Catolica de Chile in Santa Martina bei Santiago die Nova Centauri 2013 (V1369 Centauri) untersucht [3]. Dieser Stern des Südhimmels, der in der Nähe des hellen Sterns Beta Centauri steht, explodierte im Dezember 2013 und war bis jetzt die hellste Nova dieses Jahrhunderts – und leicht mit bloßem Auge zu beobachten.

Die sehr umfangreichen neuen Daten zeigten ganz klar den Fingerabdruck von Lithium, das sich mit zwei Millionen Kilometern pro Stunde von der Nova entfernt [4]. Das ist der erste Nachweis dafür, dass dieses Element von einer Nova ausgeworfen wird.

Koautor Massimo Della Valle vom INAF - Osservatorio Astronomico di Capodimonte in Neapel und ICRANet erklärt die Bedeutung dieser Entdeckung: „Das ist ein sehr wichtiger Fortschritt. Wenn wir die Entwicklungsgeschichte der chemischen Elemente in unserer Milchstraße mit einem großes Puzzle vergleichen, dann war der Fund von Lithium in einer Nova einer der wichtigsten und schwierigsten noch fehlenden Steine in diesem Puzzle. Außerdem bleibt jedes Modell des Urknalls solange fragwürdig, bis die Lithium-Frage verstanden ist.

Die Masse des ausgestoßenen Lithiums in Nova Centauri 2013 ist nach Schätzungen nur sehr klein (weniger als ein Milliardstel der Sonnenmasse). Da es aber in der Geschichte der Milchstraße schon viele Milliarden Novae gegeben hat, erklärt dies hinreichend die beobachtete und unerwartet hohe Lithiumkonzentration in unserer Heimatgalaxie.

Luca Pasquini von der ESO in Garching und Massimo Della Valle suchen bereits seit einem Vierteljahrhundert nach Spuren von Lithium in Novae. Dies ist jetzt der Abschluss einer langen Suche. Und für den jüngeren Teamchef gibt es noch ein weiteres Erfolgserlebnis:

„Es ist schon toll, etwas zu finden, das schon vor meiner Geburt vorhergesagt wurde, und es dann erstmals an meinem Geburtstag im Jahr 2013 zu beobachten!“, sagt Luca Izzo.

Endnoten

[1] Der Mangel an Lithium in älteren Sternen ist ein schon lange ausstehendes Rätsel. Ergebnisse zu diesem Thema findet man in folgenden Pressemitteilungen: eso1428, eso1235 und eso1132

[2] Genauergesagt werden die Begriffe „jünger“ und „älter“ für das verwendet, was die Astronomen als Sterne der Population I und Population II bezeichnen. Unsere Sonne zum Beispiel gehört zur Population I; diese umfasst Sterne mit einem hohen Gehalt an schwereren chemischen Elementen und diese sind vorwiegend in der Scheibenebene der Milchstraße zu finden. Die Sterne der Population II sind älter, enthalten nur wenig schwere Elemente und befinden sich vorwiegend im zentralen Bereich, im Halo der Milchstraße und in Kugelsternhaufen. Sterne der „jüngeren“ Population I können dennoch einige Milliarden Jahre alt sein!

[3] Diese vergleichsweise kleinen Teleskope stellen leistungsfähige Werkzeuge für diese Art von Forschung dar, wenn sie mit einem geeigneten Spektrografen ausgerüstet sind. Auch in der Ära der Großteleskope können solche kleineren Teleskope sehr wertvoll für die Lösung spezifischer Aufgaben sein.

[4] Diese hohe Geschwindigkeit von der Nova in Richtung Erde bedeutet, dass die Absorptionslinie von Lithium im Spektrum erheblich zum blauen Ende hin verschoben ist.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Forschungsergebnisse von L. Izzo et al. sind unter dem Titel “Early optical spectra of Nova V1369 Cen show presence of lithium” online in den Astrophysical Journal Letters erschienen.

Die beteiligten Wissenschaftler sind Luca Izzo (Sapienza-Universität Rom und ICRANet, Pescara, Italien), Massimo Della Valle (INAF–Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Neapel; ICRANet), Elena Mason (INAF–Osservatorio Astronomico di Trieste, Italien), Francesca Matteucci (Universitá di Trieste, Italien), Donatella Romano (INAF–Osservatorio Astronomico di Bologna, Italien), Luca Pasquini (ESO, Garching bei München), Leonardo Vanzi (Department of Electrical Engineering and Center of Astro Engineering, PUC-Chile, Santiago, Chile), Andres Jordan (Institute of Astrophysics and Center of Astro Engineering, PUC-Chile), José Miguel Fernandez (Institute of Astrophysics, PUC-Chile), Paz Bluhm (Institute of Astrophysics, PUC-Chile), Rafael Brahm (Institute of Astrophysics, PUC-Chile), Nestor Espinoza (Institute of Astrophysics, PUC-Chile) und Robert Williams (STScI, Baltimore, Maryland, USA).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Luca Izzo
Sapienza University of Rome/ICRANet
Pescara, Italy
E-Mail: luca.izzo@gmail.com

Massimo Della Valle
INAF–Osservatorio Astronomico di Capodimonte
Naples, Italy
E-Mail: dellavalle@na.astro.it

Luca Pasquini
ESO
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E-Mail: lpasquin@eso.org

Richard Hook
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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1531.

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