Eta Carinae, ein 7.500 Lichtjahre entferntes Doppelsternsystem im Sternbild Carina, hat eine kombinierte Leuchtkraft von mehr als 5 Millionen Sonnen – und ist damit einer der hellsten Sterne in der Milchstraße. Aber vor 170 Jahren, zwischen 1837 und 1858, brach dieser Stern in einer scheinbar massiven Supernova aus und machte ihn vorübergehend zum zweithellsten Stern am Himmel.
Seltsamerweise reichte diese Explosion nicht aus, um das Sternensystem auszulöschen, weshalb sich die Astronomen fragten, was die massive Eruption erklären könnte. Dank an neue Daten , das das Ergebnis einiger „forensischer Astronomie“ war (wo übrig gebliebenes Licht von der Explosion untersucht wurde, nachdem es von interstellarem Staub reflektiert wurde), glaubt ein Team von Astronomen jetzt, eine Erklärung für das Geschehene zu haben.
Die Studien, die ihre Ergebnisse beschreiben – mit dem Titel ' Außergewöhnlich schneller Auswurf, der in leichten Echos der Großen Eruption von Eta Carinae zu sehen ist ' und ' Lichtechos vom Plateau in Eta Carinaes Great Eruption enthüllen ein zweistufiges schockbetriebenes Ereignis ” – kürzlich erschienen in derMonatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
Eta Carinae, einer der massereichsten bekannten Sterne und einer der hellsten am Nachthimmel. Bildnachweis: NASA
Beide Studien wurden von Nathan Smith von der Steward-Observatorium der University of Arizona , und schlossen Mitglieder aus der Institut für Weltraumteleskop-Wissenschaft (STSI), die Nationales Observatorium für optische Astronomie (NOAO), die Millennium Institut für Astrophysik , das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), die Cerro Tololo Interamerikanisches Observatorium und mehrere Universitäten.
In ihrer ersten Studie zeigt das Team, wie sie die von der Explosion erzeugten „Lichtechos“ untersucht haben, die von interstellarem Staub reflektiert wurden und gerade von der Erde aus sichtbar sind. Daraus beobachteten sie, dass die Eruption dazu führte, dass sich Material mit Geschwindigkeiten ausdehnte, die bis zu 20-mal schneller waren als bei jeder zuvor beobachteten Supernova.
In der zweiten Studie untersuchte das Team die Entwicklung der Lichtkurve des Echos, die zeigte, dass es vor 1845 Spitzen hatte, dann bis 1858 ein Plateau erreichte, bevor es im nächsten Jahrzehnt stetig abnahm. Grundsätzlich stimmten die beobachteten Geschwindigkeiten und Lichtkurven eher mit der Druckwelle einer Supernova-Explosion als mit den relativ langsamen und sanften Winden überein, die von massereichen Sternen erwartet wurden, bevor sie sterben.
Die Lichtechos wurden erstmals in Bildern entdeckt, die 2003 von Teleskopen des Interamerikanischen Observatoriums Cerro Tololo in Chile aufgenommen wurden. Für ihre Studie konsultierte das Team spektroskopische Daten der Magellan-Teleskope am Las Campanas-Observatorium und am Gemini South-Observatorium, die sich beide in Chile befinden. Dadurch konnte das Team das Licht messen und die Expansionsgeschwindigkeiten des Auswurfs bestimmen – mehr als 32 Millionen km/h (20 Millionen mph).
Basierend auf diesen Daten stellte das Team die Hypothese auf, dass die Eruption möglicherweise durch einen längeren Kampf zwischen drei Sternen ausgelöst wurde, der einen Stern zerstörte und die anderen beiden in einem Doppelsternsystem zurückließ. Diese Schlacht könnte mit einer heftigen Explosion gipfeln, als Eta Carinae einen ihrer beiden Gefährten verschlang und mehr als 10 Sonnenmassen ins All schickte. Diese ausgestoßene Masse schuf den gigantischen bipolaren Nebel (auch bekannt als 'der Homunkulus-Nebel'), der heute zu sehen ist.
Wie Smith in einer kürzlich erschienenen HubbleSite erklärt hat Pressemitteilung :
„Wir sehen diese wirklich hohen Geschwindigkeiten in einem Stern, der eine starke Explosion gehabt zu haben scheint, aber irgendwie hat der Stern überlebt. Am einfachsten geht das mit einer Stoßwelle, die den Stern verlässt und das Material auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt.“
In diesem Szenario begann Eta Carinae als trinäres System mit zwei massereichen Sternen, die nahe beieinander kreisen und der dritte weiter entfernt. Als sich der massivste der Doppelsterne dem Ende seiner Lebensdauer näherte, begann er sich auszudehnen und übertrug dann einen Großteil seines Materials auf seinen etwas kleineren Begleiter. Dadurch sammelte der kleinere Stern gerade genug Energie, um seine äußeren Schichten auszustoßen, aber nicht genug, um ihn vollständig zu vernichten.
Der Begleitstern wäre dann auf die etwa 100-fache Masse unserer Sonne angewachsen und extrem hell. Der andere Stern, der jetzt nur noch 30 Sonnenmassen wiegt, wäre von seinen Wasserstoffschichten befreit worden und hätte seinen heißen Heliumkern freigelegt – was eine fortgeschrittene Entwicklungsstufe im Leben massereicher Sterne darstellt. Als Armin Rest – ein Forscher des STSI, der John Hopkins University und Mitautor des Papiers – erklärt :
„Aus der Sternentwicklung ergibt sich ein ziemlich festes Verständnis dafür, dass massereichere Sterne ihr Leben schneller leben und weniger massereiche Sterne eine längere Lebensdauer haben. Der heiße Begleitstern scheint also in seiner Entwicklung weiter fortgeschritten zu sein, obwohl er jetzt ein viel weniger massereicher Stern ist als der, den er umkreist. Das macht ohne Massentransfer keinen Sinn.“
Der Homunkulusnebel, der Eta Carinae umgibt. Quelle: ESO, IDA, Dänisch 1,5 m, R. Gendler, J-E. Ovaldsen, C. Thöne und C. Feron
Dieser Massentransfer hätte das Gravitationsgleichgewicht des Systems verändert, was dazu geführt hätte, dass sich der Heliumkernstern weiter von seinem jetzt massiven Begleiter entfernt und schließlich so weit wandert, dass er mit dem äußersten dritten Stern wechselwirkt. Dies würde dazu führen, dass sich der dritte Stern auf den massereichen Stern zubewegt und schließlich mit ihm verschmilzt, wodurch ein Materialabfluss erzeugt wird.
Anfangs verursachte die Verschmelzung Ejekta, die sich relativ langsam ausdehnten, aber als die beiden Sterne sich schließlich vereinten, erzeugten sie ein explosives Ereignis, das Material 100-mal schneller absprengte. Dieses Material holte den langsamen Auswurf ein, schob ihn nach vorne und erhitzte das Material, bis es glühte. Dieses leuchtende Material war vor 170 Jahren die Hauptlichtquelle, die von Astronomen beobachtet wurde.
Am Ende begab sich der kleinere Stern mit Heliumkern auf eine elliptische Umlaufbahn um sein massereiches Gegenstück, durchquerte alle 5,5 Jahre die äußeren Schichten des Sterns und erzeugte Röntgenstoßwellen. Obwohl diese Erklärung laut Smith nicht alles erklären kann, was in Eta Carinae beobachtet wurde, erklärt sie sowohl die Aufhellung als auch die Tatsache, dass der Stern verbleibt:
„Der Grund, warum wir vorschlagen, dass Mitglieder eines verrückten Dreifachsystems miteinander interagieren, ist, dass dies die beste Erklärung dafür ist, wie der heutige Begleiter schnell seine äußeren Schichten vor seinem massiveren Geschwister verlor.“
Diese Studien haben neue Hinweise auf das Geheimnis geliefert, wie Eta Carinae in einer massiven Supernova zu explodieren schien, aber einen massiven Stern und Nebel hinterließ. Darüber hinaus könnte ein besseres Verständnis der Physik hinter der Eta Carinae-Explosion Astronomen helfen, mehr über die komplizierten Wechselwirkungen zu erfahren, die Doppel- und Mehrsternsysteme steuern – die für unser Verständnis der Entwicklung und des Todes massereicher Sterne entscheidend sind.
Weiterlesen: HubbleSite , MNRAS , MNRAS (2)
