Staubscheiben überleben kosmisches Feuerwerk junger Riesensterne

Weil junge Sternhaufen sehr heisse Sterne enthalten, die energiereiche UV-Strahlung erzeugen, wurde bisher angenommen, daß solche Staubscheiben rasch durch diese Strahlung zerstört würden. Staubscheiben um junge Sterne sind als zukünftige Geburtsstätten von Planetensystemen von Interesse.

Dass sie extreme Bedingungen länger überleben können als gedacht, liefert neue Hinweise, wann und wie Planeten entstanden sind. Vor allem im jungen Universum waren ähnlich extreme Bedingungen häufig, weil die Geburtsrate junger Sterne in Galaxien viel höher war.

Ein internationales Team von Astrophysikern unter der Leitung von Andrea Stolte vom Argelander-Institut der Universität Bonn, und unter Mitarbeit von Wolfgang Brandner, Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, hat junge, helle Sterne in zwei Sternhaufen beobachtet, dem Arches- und dem Quintuplet-Haufen.

Diese Sternhaufen haben sich erst vor wenigen Millionen Jahren nahe dem Zentrum der Milchstraße gebildet, wo intensive Sternentstehung abläuft; sie zählen zu den jüngsten und massereichsten Sternhaufen in unserer Galaxie und beherbergen zehntausende junge Sterne.

„Unser Team hatte in der Vergangenheit kleinere Sternhaufen in gewöhnlichen Umgebungen untersucht, weiter außen in der Scheibe unserer Galaxie, entlang der Spiralarme“, erklärt Wolfgang Brandner. „Wir hatten Staubscheiben um Sterne in diesen Haufen gefunden, und uns hat interessiert, ob solche Scheiben auch die extremeren Umgebungen in den heißen, dichten Sternhaufen nahe dem Zentrum der Milchstraße überleben können.

Diese Haufen enthalten sehr massereiche junge Sterne mit Temperaturen von etwa 50 000 Grad Celsius, von denen intensive energiereiche UV-Strahlung ausgeht. Die Staubscheiben um die Sterne, die wir untersucht haben, sind dieser harten Strahlung ausgesetzt. Nach gängigem Wissen sollten diese Scheiben deshalb nach wenigen 100 000 Jahren verdampft sein. Die Sterne in den Arches- und Quintuplet-Haufen sind aber viel älter, etwa 2.5 und 4 Millionen Jahre, und dennoch haben wir in jedem Haufen mehr als 20 Staubscheiben um helle Sterne gefunden.“

Scheiben aus Staub und Gas um junge Sterne sind von besonderem Interesse, weil aus ihnen Planeten und Sonnensysteme entstehen. Auch unser Sonnensystem ist vor etwa 4.5 Milliarden Jahren aus einer solchen Scheibe um die damals noch junge Sonne entstanden. Ob die Scheiben, die man nun gefunden hat, jemals Planeten bilden werden, ist noch ungewiss; Brandner gibt zu bedenken, dann man anhand der jetzt verfügbaren Daten die Massen der Scheiben schlecht abschätzen kann.

“Wir sehen nur den warmen Staubanteil dieser Scheiben, der sich auf moderaten Abständen von den Sternen befindet, und wir können insbesondere das Gas, das dort auch vorhanden sein muß, nicht direkt sehen. Wir glauben nicht, dass sich dort Planeten von Jupitergrösse bilden werden, aber Planeten mit Massen ähnlich der Erde könnten in Frage kommen. Es besteht auch die Möglichkeit, daß diese massereichen Sterne nahe Doppelsternbegleiter haben, von denen durch Massenüberstrom die Scheiben weiter angereichert werden könnten.”

Gerade weil die Ergebnisse des Teams den gängigen theoretischen Vorstellungen zur Lebensdauer von Staubscheiben widersprechen, sind sie für die Forschung besonders interessant. Die Existenz der hier gefundenen Staubscheiben bedeutet, daß man die theoretischen Konzepte neu überdenken muß. Diese sind wichtig für das Verständnis der Geschichte der Planetenentstehung vom frühen Universum bis heute:

Vor mehreren Milliarden Jahren bildeten die Galaxien ihre Sterne wesentlich schneller als heute; dichte, heiße Sternentstehungsregionen wie die Sternhaufen im Zentrum der Milchstrasse erstreckten sich damals über viel größere Regionen innerhalb der Galaxien. Die Untersuchung der Arches und Quintuplet Haufen liefert daher Hinweise, wann und wie sich Planeten über die Geschichte des Kosmos hinweg gebildet haben.

Um diese Staubscheiben zu finden, haben die Astronomen Aufnahmen des “Very Large Telescope” der Europäischen Südsternwarte (ESO) mit denen des Hubble-Weltraumteleskops kombiniert, das sich in einer Umlaufbahn um die Erde befindet. Diese Beobachtungen mußten im Infrarotlicht erfolgen, also bei Wellenlängen, die länger als die des sichtbaren Lichts sind.

Infrarotkameras erlauben Astronomen, durch die dichten Staubwolken nahe des Zentrums der Milchstraße zu blicken, die für sichtbares Licht kaum zu durchdringen sind. Eine Schlüsselrolle bei der vorliegenden Arbeit spielte das NAOS/CONICA Kamerasystem des Very Large Telescopes, das mithilfe adaptiver Optik den Bildverwaschungseffekt der Erdatmosphäre teilweise kompensieren kann und daher sehr scharfe Bilder liefert. Das Max-Planck-Institut für Astronomie und das Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik hatten die Entwicklung CONICAs geleitet.

Wolfgang Brandner erklärt, daß die Infrarotbilder seines Teams die Suche nach einer charakteristischen Signatur im Licht der Sterne erlauben, die nur dann vorhanden ist, wenn die Sterne von einer Staubscheibe umgeben sind.

Kontakt

Wolfgang Brandner (Koautor)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Telefon: (+49|0) 6221 528-289
E-Mail: brandner@mpia.de

Andrea Stolte (Erstautorin)
Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn
Telefon: (+49|0)228 736 790
astolte@astro.uni-bonn.de

Kai Noeske (Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Telefon: (+49|0) 6221 528-141
E-Mail: noeske@mpia.de

Hintergrundinformationen

Die beteiligten Wissenschaftler sind Andrea Stolte und Benjamin Hußmann (Argelander Institut für Astronomie, Universität Bonn), Maryam Habibi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching), Christoph Olczak (Astronomisches Recheninstitut, ZAH, Universität Heidelberg) und Wolfgang Brandner (MPIA).

Die Ergebnisse der Studie sind veröffentlicht als Stolte et al., „Circumstellar discs in Galactic centre clusters: Disc-bearing B-type stars in the Quintuplet and Arches clusters“ in Astronomy & Astrophysics, DOI: 10.1051/0004-6361/201424132

http://www.mpia.de/news/wissenschaft/2015-02-Staubscheiben – Webversion der Pressemitteilung