Kosmische Schlange

Der Staubwirbel des Apep Bild: ESO/Callingham et al.

Das VISIR-Instrument des VLT der ESO hat dieses atemberaubende Bild eines neu entdeckten, massereichen Dreifachsternsystems aufgenommen. Nach der altägyptischen Gottheit Apep benannt, ist dies vielleicht die erste Entdeckung eines Vorläufers eines Gammastrahlenausbruchs.

Dieser schlangenartige Wirbel, der vom VISIR-Instrument am Very Large Telescope (VLT) der ESO erfasst wurde, hat eine explosive Zukunft vor sich; es ist ein Wolf-Rayet-Sternsystem und eine wahrscheinliche Quelle für eines der energetischsten Phänomene im Universum – einen lang anhaltenden Gammastrahlenausbruch (englisch: Gamma Ray Burst, kurz GRB).

„Es handelt sich um das erste derartige Objekt, das in unserer eigenen Galaxie entdeckt wurde“, erklärt Joseph Callingham vom Netherlands Institute for Radio Astronomy (ASTRON) und Erstautor der Studie über dieses Phänomen. „Wir hätten nie erwartet, dass wir ein solches System in unserem eigenen Garten finden würden“ [1].

Es besteht aus einem Komplex massereicher Sterne, die von einem „Windrad“ aus Staub umgeben sind. Offiziell ist das System nur unter sperrigen Katalognummern wie 2XMM J160050.7-514245 bekannt. Die Astronomen entschieden sich jedoch, diesem faszinierenden Objekt einen eingängigeren Namen zu geben – „Apep“, auch bekannt als „Apophis“.

Apep erhielt seinen Beinamen wegen seiner gewundenen Form, die an eine Schlange erinnert, die sich um die zentralen Sterne windet. Sein Namensgeber war eine altägyptische Gottheit, eine gewaltige Schlange, die das Chaos verkörpert – passend für ein so mächtiges System. Es wurde angenommen, dass Ra, der Sonnengott, jede Nacht mit Apep kämpfen würde; Gebet und Verehrung sicherten Ras Sieg und die Rückkehr der Sonne.

GRBs gehören zu den mächtigsten Explosionen im Universum. Sie dauern zwischen einigen Tausendstelsekunden und einigen Stunden und können so viel Energie freisetzen, wie die Sonne über ihre gesamte Lebensdauer produzieren wird. Langlebige GRBs – solche, die länger als 2 Sekunden anhalten – werden vermutlich durch die Supernova-Explosionen von schnell rotierenden Wolf-Rayet-Sternen verursacht.

Einige der massereichsten Sterne entwickeln sich gegen Ende ihres Lebens zu Wolf-Rayet-Sternen. Diese Phase ist kurzlebig, und Wolf-Rayets überleben in diesem Zustand nur wenige hunderttausend Jahre – kosmologisch gesehen ein Augenzwinkern. In dieser Zeit werfen sie riesige Mengen an Material in Form eines starken Sternwindes ab, der die Materie mit Millionen von Kilometern pro Stunde nach außen schleudert; die Sternwinde von Apep wurden auf erstaunliche 12 Millionen km/h gemessen.

Diese Sternwinde haben die komplexen Schwaden um das Dreifachsternsystem herum geschaffen, das aus einem Doppelsternsystem und einem begleitenden Einzelstern besteht, die durch die Schwerkraft miteinander verbunden sind. Obwohl nur zwei sternförmige Objekte im Bild sichtbar sind, ist die untere Quelle tatsächlich ein unaufgelöster doppelter Wolf-Rayet-Stern. Dieser Doppelstern ist verantwortlich für die Gestalt der schlangenartigen Wirbel um Apep, die sich im Gefolge der kollidierenden Sternwinde der beiden Wolf-Rayet-Sterne bilden.

Im Vergleich zu der außergewöhnlichen Geschwindigkeit der Winde von Apep wirbelt das Windrad selbst in gemächlichem Tempo nach außen und „kriecht“ mit weniger als 2 Millionen km/h dahin. Die ungeheure Diskrepanz zwischen der Geschwindigkeit der schnellen Sternwinde von Apep und der des gemächlichen Windrades aus Staub wird damit begründet, dass einer der Sterne im Binärsystem sowohl einen schnellen als auch einen langsamen Wind auslöst, die jeweils in verschiedene Richtungen verlaufen.

Dies würde bedeuten, dass sich der Stern in einer nahezu kritischen Rotation befindet, d.h. sich so schnell dreht, dass er sich fast selbst auseinanderreißt. Es wird angenommen, dass ein Wolf-Rayet-Stern mit einer solch schnellen Rotation einen langlebigen GRB erzeugt, wenn sein Kern am Ende seiner Lebensdauer zusammenbricht.

[1] Callingham, jetzt am Netherlands Institute for Radio Astronomy (ASTRON), hat einen Teil dieser Arbeiten durchgeführt, während er an der University of Sydney mit dem Leiter des Forschungsteams Peter Tuthill zusammenarbeitete. Zusätzlich zu den Beobachtungen mit Hilfe von ESO-Teleskopen verwendete die Gruppe auch das Anglo-Australian Telescope am Siding Spring Observatory, Australien.

Diese Studie wurde in einem Artikel mit dem Titel „Anisotropic winds in Wolf-Rayet binary identify potential gamma-ray burst progenitor“ vorgestellt, der am 19. November 2018 in Nature Astronomy erschien.

Das Team bestand aus: J. R. Callingham (ASTRON, Dwingeloo, Niederlande), P. G. Tuthill (Sydney Institute for Astronomy [SIfA], University of Sydney, Australien), B. J. S. Pope (SIfA; Center for Cosmology and Particle Physics, New York University, USA; NASA Sagan Fellow), P. M. Williams (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, UK), P. A. Crowther (Department of Physics & Astronomy, University of Sheffield, UK), M. Edwards (SIfA), B. Norris (SIfA) und L. Kedziora-Chudczer (School of Physics, University of New South Wales, Australien).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Die Organisation hat 16 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Hinzu kommen das Gastland Chile und Australien als strategischer Partner. 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 außerdem einer der Hauptpartner bei zwei Projekten auf Chajnantor, APEX und ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das Extremely Large Telescope (ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

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Markus Nielbock
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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1838.

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