Sterne zeigen während ihrer Entwicklung alle möglichen Verhaltensweisen. Kleine Rote Zwerge schwelen Milliarden oder sogar Billionen von Jahren. Massive Sterne brennen heiß und hell, halten aber nicht lange. Und dann gibt es natürlich Supernovae.
Einige andere Sterne durchlaufen in ihrer Jugend eine Phase intensiven Flackerns, und diese jungen Flackersterne haben die Aufmerksamkeit der Astronomen auf sich gezogen. Ein Forscherteam nutzt die Atacama Large Millimeter/Sub-Millimeter-Array (ALMA), um zu versuchen, das jugendliche Aufflackern zu verstehen. Ihre neue Studie könnte die Ursache gefunden und dazu beigetragen haben, ein seit langem bestehendes Problem in der Astronomie zu lösen.
Die fraglichen Sterntypen sind FU Orion Sterne (FU Ori). FU Orionis ist sowohl eine Art Star als auch ein bestimmter Stern im Sternbild Orion. Der Typ ist nach dem spezifischen Stern benannt, der 1937 der erste seiner Art war, der aufflackert wurde.
FU-Ori-Sterne sind junge Sterne, die noch nicht auf der Hauptreihe sind und noch nicht ihre gesamte Masse erworben haben. Sie können in nur einem Jahr um mehrere Größenordnungen aufflammen. Diese aufflammenden Episoden können Jahrzehnte andauern, und Forscher glauben, dass die Aktivität durch eine erhöhte Akkretion in der Jugend des Sterns verursacht wird. Wissenschaftler glauben, dass der Stern während des Flackerns einen erheblichen Teil seiner endgültigen Masse erlangen kann.
'Episodische Akkretion und ihre Auswirkungen auf die Sternen- und Planetenbildung sind nicht gut verstanden.'
Perez et. Bei der. 2020
Jetzt untersucht ein Forscherteam FU-Ori-Sterne genauer. Sebastien Perez von der Universität Santiago, Chile, leitete die Studie. Ihr neues Papier trägt den Titel „ Auflösen des FU-Orionis-Systems mit ALMA: Interagierende Zwillingsfestplatten? “ Es wurde im Astrophysical Journal veröffentlicht.
Wissenschaftler wollen wissen, was hinter dieser Akkretion und dem damit verbundenen Aufflammen steckt. Erleben es nur einige Sterne? Oder ist es eine Phase, die alle oder die meisten Stars durchlaufen? Wie lange dauert es; passiert es nur einmal im Leben eines Sterns; warum endet es?
Das Konzept dieses Künstlers zeigt ein junges stellares Objekt und die wirbelnde Akkretionsscheibe, die es umgibt. NASA/JPL-Caltech
Junge Protosterne sind weniger leuchtend als nach unserem Verständnis der Sternentstehung erwartet. Das ist in der Astronomie als „Leuchtkraftproblem“ bekannt, und Wissenschaftler ringen seit Jahren mit diesem Problem lange Zeit . Wenn junge Sterne regelmäßig akkretieren würden, sollten sie leuchtender sein. Wenn alle jungen Sterne die Flaming-Aktivität aufweisen, die in FU-Ori-Sternen zu sehen ist, könnte dies diese fehlende Leuchtkraft erklären. Astronomen fragen sich seit einiger Zeit, ob die Massenakkretion in diesen jungen Sternen nicht konstant ist und ob dies das Helligkeitsproblem erklären könnte.
„Die episodische Akkretion und ihre Auswirkungen auf die Sternen- und Planetenentstehung sind nicht gut verstanden“, sagen die Autoren in ihrem Papier. „Mehrere physikalische Prozesse wurden vorgeschlagen, um solch dramatische Akkretionsereignisse zu erklären. Zu den am meisten bevorzugten Mechanismen gehören unter anderem die Plattenfragmentierung und die nachfolgende Einwanderung der Fragmente, Gravitationsinstabilität und Magneto-Rotations-Instabilitäten.“
Der archetypische FU Ori-Stern ist sein Namensgeber, FU Orionis, im Sternbild Orion. Es wurde 1937 ein Aufflammen beobachtet, und seine Stärke stieg von 16,5 auf 9,6. Astronomen hielten es für das einzige seiner Art, bis andere beobachtet wurden.
FU Orionis steht im Sternbild Orion. Es ist in diesem Bild nicht markiert, aber es befindet sich oben rechts von Beteigeuze. Bildnachweis: Von IAU und Sky & Telescope Magazine (Roger Sinnott & Rick Fienberg) – [1], CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15407823
FU Orionis besteht eigentlich aus zwei Sternen, die jeweils von einer eigenen Akkretionsscheibe umgeben sind. Sie befinden sich im Orion, etwa 1360 Lichtjahre entfernt. Perez und das Forscherteam haben das System mit ALMA genau unter die Lupe genommen, der erste Schritt zum Verständnis des Flackerverhaltens des binären Paares.
ALMA enthüllte zwei Akkretionsscheiben, eine um jeden Stern. Die Wissenschaftler nutzten Beobachtungen und Modelle, um zu dem Schluss zu kommen, dass jede der Scheiben einen Radius von etwa 11 Astronomischen Einheiten hat, was klein ist, aber mit anderen protostellaren Scheiben vergleichbar ist. Das Scheibenpaar ist durch etwa 250 Astronomische Einheiten getrennt.
ALMA-Kontinuumsbeobachtungen zeigen den Staub der beiden Scheiben, die die Doppelsterne von FU Orionis umgeben. Jede Scheibe hat einen Radius von etwa 11 AE. [Pérez et al. 2020]
Der Schlüssel zum Verständnis der Flackeraktivität in diesen Sternen ist die Bewegung oder Kinematik ihrer Scheiben. Als das Team die Scheiben untersuchte, stellten sie fest, dass jede einzelne schief und asymmetrisch ist. Sie denken, dass dies durch eine Art Vorbeiflug eines anderen Sterns verursacht werden könnte. Es könnte auch durch Wechselwirkungen zwischen den Festplatten selbst verursacht werden. Beides könnte die episodische Akkretion und das Aufflackern verursachen.
Künstlerische Darstellung eines jungen Sterns, der einen Wutanfall bekommt, während er plötzlich seine Akkretionsrate erhöht und aufflackert. [Caltech/T. Pyle (IPAC)]
Das Team fand auch Hinweise auf einen langen, bogenförmigen Gasstrom zwischen den Scheiben. Dieser Stream verstärkt das Argument, dass die Festplatten interagieren. Wie sie in ihrem Papier sagen: „Die Emission, die die Rotation der Scheibe zeigt, erscheint auch asymmetrisch und verzerrt, was darauf hindeutet, dass die Scheiben einer Interaktion in Form eines Vorbeiflugs unterliegen.“
Die Autoren weisen auch auf eine Alternative zur Disk-Disk-Interaktion hin, die ein weiteres Forscherteam vorgeschlagen. „Hier führt das Einfangen eines Wölkchens oder Wolkenfragments auch zu bogenförmigen Reflexionsnebeln. Das Einfangen dieses Wolkenfragments füllt auch die Scheibe auf und ermöglicht so eine frische Materialzufuhr, um die hohe Akkretionsrate aufrechtzuerhalten.“
Die Studie beantwortet die Frage nach der fehlenden Leuchtkraft nicht ein für alle Mal. Aber durch die Verwendung von ALMA, um das binäre Paar FU Ori genau zu untersuchen, hat das Wissenschaftlerteam unser Verständnis von episodischer Akkretion und Flaring verbessert. Es gibt andere binäre Paare von FU-Ori-Sternen, und sie werden Ziele für zukünftige Studien sein.
Mehr:
- Pressemitteilung: ALMA untersucht mögliche interagierende Zwillingsfestplatten
- Forschungsbericht: Auflösen des FU-Orionis-Systems mit ALMA: Interagierende Zwillingsfestplatten?
- Forschungsbericht: LÖSUNG DES LEUCHTSTÄNDIGKEITSPROBLEMS BEI DER STERNENBILDUNG MIT NIEDRIGEM MASSEN