Westerlund 2 ist ein etwa 20.000 Lichtjahre entfernter Sternhaufen. Er ist jung – nur etwa ein oder zwei Millionen Jahre alt – und sein Kern enthält einige der hellsten und heißesten Sterne, die wir kennen. Auch einige der massivsten.
Um die massereichen heißen Sterne im Herzen von Westerlund 2 passiert etwas Ungewöhnliches. Um diese Sterne und ihre Nachbarn sollten riesige, aufwirbelnde Gas- und Staubwolken in Form von zirkumstellaren Scheiben entstehen.
Aber im Fall von Westerlund 2 haben einige der Sterne keine Scheiben.
Wenn sich Sterne aus riesigen formen Molekülwolken , es bleibt Material übrig. Dieses Material bildet den Stern zirkumstellare Scheibe . Diese Scheibe dreht sich um den jungen Stern und allmählich wird daraus die Form des Planeten. Wir können sehen, wie sich Exoplaneten in fernen Sonnensystemen bilden, und Astronomen sind sich ziemlich sicher, dass dies in unserem eigenen Sonnensystem passiert ist.
Künstlerische Illustration junger Planeten, die sich aus der Scheibe um einen jungen Stern bilden. Die beiden Planeten räumen bei ihrer Entstehung eine Lücke in der zirkumstellaren Scheibe. Die massereichen heißen Sterne in Westerlund 2 sind so heiß, dass sie die Scheiben in ihrer Nachbarschaft zerstören und die Bildung von Planeten verhindern. Bildquelle: W. M. Keck Observatorium/Adam Makarenko
Astronomen führten mit dem Hubble-Weltraumteleskop eine dreijährige Studie großer junger Sterne in der Nähe des Zentrums von Westerlund 2 durch. Sie fanden heraus, dass Sterne an der Peripherie des Haufens zwar Scheiben haben, aber die hellsten und massereichsten Sterne, die den Kern von der Cluster hat keine.
Sie werden also wahrscheinlich nie Planeten haben.
In Sternhaufen wie Westerlund 2 befinden sich die massereichsten und heißesten Sterne im Kern. Es sieht so aus, als ob diese Sterne so energiegeladen sind, dass sie die Eigenschaften ihrer Scheiben ändern und die normale Bildung von Planeten verhindern. Darüber hinaus strahlen die 30 energiereichsten Sterne im Zentrum so viel ultraviolette Strahlung aus, dass sie die Scheiben um benachbarte Sterne mit geringerer Masse zerfetzen.
Die Studie zu diesen Ergebnissen trägt den Titel „ Zeitbereichsstudie des Young Massive Cluster Westerlund 2 mit demHubble-Weltraumteleskop .“ Hauptautorin der Studie ist Elena Sabbi vom Space Telescope Science Institute. Die Studie ist veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .
„Mit einem Alter von weniger als etwa zwei Millionen Jahren beherbergt Westerlund 2 einige der massereichsten und heißesten jungen Sterne der Milchstraße“, sagte Teammitglied Danny Lennon vom Instituto de Astrofísica de Canarias und der Universidad de La Laguna . „Die Umgebung dieses Haufens wird daher ständig von starken Sternwinden und ultravioletter Strahlung dieser Giganten bombardiert, die eine Masse von bis zu 100 Mal der Sonnenmasse haben.“
Westerlund 2 befindet sich im Zentrum dieses Bildes, wo die hellen jungen Sterne deutlich zu sehen sind. Die umgebende gasförmige, dünne Struktur ist ein sternbildender Nebel namens RCW 49. Dies ist ein zusammengesetztes Bild. Infrarotdaten des Spitzer-Weltraumteleskops werden in Schwarzweiß angezeigt, während Chandra-Röntgendaten in Farbe angezeigt werden und die dominanten Sterne im Kern von Westerlund 2 hervorheben. Bildquelle: Röntgen; Y. Nazé, G. Rauw, J. Manfroid (Université de Liège), CXC, NASA Infrared; E. Churchwell (Universität Wisconsin), JPL, Caltech, NASA. Gemeinfreiheit.
„Wenn man Monstersterne hat, ändert ihre Energie im Grunde die Eigenschaften der Scheiben um nahegelegene, weniger massereiche Sterne“, erklärt Hauptautor Sabbi in a Pressemitteilung . „Sie haben vielleicht immer noch eine Scheibe, aber die Sterne verändern die Zusammensetzung des Staubs in den Scheiben, sodass es schwieriger ist, stabile Strukturen zu schaffen, die schließlich zu Planeten führen. Wir glauben, dass der Staub entweder in 1 Million Jahren verdunstet oder sich in Zusammensetzung und Größe so dramatisch ändert, dass Planeten nicht über die Bausteine zur Bildung verfügen.“
Westerlund 2 ist ein extrem dichter Sternhaufen. Diese Studie ist das erste Mal, dass Astronomen einen solchen Haufen so gründlich oder so lange untersucht haben. Es ist Teil der Bemühungen, die Bedingungen zu verstehen, die die Bildung von Planeten ermöglichen oder verhindern.
„Hubbles Beobachtungen von Westerlund 2 geben uns ein viel besseres Gefühl dafür, wie sich Sterne unterschiedlicher Masse im Laufe der Zeit verändern und wie starke Winde und Strahlung von sehr massereichen Sternen nahegelegene Sterne mit geringerer Masse und ihre Scheiben beeinflussen.“
Elena Sabbi, Hauptautorin, Space Telescope Science Institute
Die Sterne im Herzen von Westerlund 2 berühren ein weiteres Thema der Astronomie. Der Cluster ist jung, nur ein oder zwei Millionen Jahre alt. Dennoch enthält es massereiche Sterne in seinem Kern. Astronomen fragen sich, ob sich diese riesigen Sterne dort gebildet haben oder ob sie dorthin gewandert sind.
Die Sterntypen bestätigen das Alter des Haufens. Westerlund 2 enthält viele Sterne, die vor der Hauptsequenz sind. Das bedeutet, dass der Cluster höchstens 2 Millionen Jahre alt sein kann. Es gibt auch mehrere Unterarten von Wolfe-Rayet Sterne – genannt WNh Sterne – die Teil des Haufens sind, obwohl einige anscheinend als Ausreißer ausgestoßen wurden. Die Anwesenheit dieser jungen, heißen Sterne begrenzt auch das Alter des Westerlund-2-Haufens.
Die dreijährige Studie wurde mit der Wide Field Camera 3 (WFC3) von Hubble durchgeführt. Mit dieser Kamera identifizierten die Forscher fast 5.000 Sterne mit Massen zwischen 0,1 und 5 Sonnenmassen. 1500 dieser Sterne zeigen Lichtfluktuationen, da Materialklumpen in ihren rotierenden zirkumstellaren Scheiben zeitweise einen Teil ihres Lichts blockieren. Astronomen glauben, dass diese Klumpen entstehende Planeten sind, die sich aus den zirkumstellaren Scheiben bilden.
Die Sache ist die, Hubble sah die meisten dieser Fluktuationen bei Sternen, die sich außerhalb des Kerns befanden. Im Inneren des Kerns, wo sich die massereichsten und heißesten Sterne befinden, haben sie diese Einbrüche nicht entdeckt. Tatsächlich fanden sie innerhalb von vier Lichtjahren vom Zentrum keine Helligkeitsabfälle, die auf planetenbildende Klumpen um Sterne hindeuten.
Die Trümmer in den Scheiben um die Sterne klumpen zu größeren Brocken zusammen, die Planetesimale genannt werden. Im weiteren Verlauf des Prozesses bilden die Planetesimalen schließlich Planeten. Aber nahe massereiche, heiße Sterne können diesen Prozess sogar in benachbarten Sternen stören. Bildnachweis: NASA/JPL
„Wir denken, dass es sich um Planetesimale oder Strukturen in Formation handelt“, erklärte Hauptautor Sabbi. „Dies könnten die Keime sein, die schließlich zu Planeten in weiter entwickelten Systemen führen. Dies sind die Systeme, die wir in der Nähe von sehr massereichen Sternen nicht sehen. Wir sehen sie nur in Systemen außerhalb des Zentrums.“
Westerlund 2 ist eine Art natürliches Sternentstehungslabor für Astronomen. Astronomen können nicht nur beobachten, wie sich Sterne entwickeln, sondern auch, wie Sterne mit unterschiedlichen Massen miteinander interagieren.
„Hubbles Beobachtungen von Westerlund 2 geben uns ein viel besseres Gefühl dafür, wie sich Sterne unterschiedlicher Masse im Laufe der Zeit verändern und wie starke Winde und Strahlung von sehr massereichen Sternen nahegelegene Sterne mit geringerer Masse und ihre Scheiben beeinflussen“, sagte Sabbi. „Wir sehen zum Beispiel, dass masseärmere Sterne wie unsere Sonne, die sich in der Nähe von extrem massereichen Sternen im Haufen befinden, immer noch Scheiben haben und beim Wachsen immer noch Material anlagern können. Aber die Struktur ihrer Scheiben (und damit ihre Fähigkeit zur Planetenbildung) scheint sich sehr von der von Scheiben um Sterne zu unterscheiden, die sich in einer ruhigeren Umgebung weiter vom Haufenkern entfernt bilden. Diese Informationen sind wichtig, um Modelle der Planetenentstehung und der Sternentwicklung zu erstellen.“
Dieses Bild des Digitized Sky Survey zeigt den Sternhaufen Westerlund 2 und seine Umgebung. Bildquelle: NASA/ESA/Hubble
In ihrer Arbeit bezeichnen die Autoren Westerlund 2 als „Goldmine“, wenn es um die Untersuchung von Sternen der Prä-Main-Sequenz (PMS) und ihrer Scheiben geht.
„Die Analyse des Galaktischen YMC Wd2 mit dem WFC3 an BordHSTzeigten, dass diese Systeme Goldminen sind, um die Eigenschaften veränderlicher PMS-Sterne zu untersuchen und die Entwicklung ihrer zirkumstellaren Scheiben in Abhängigkeit von Masse und Alter zu untersuchen“, schreiben die Autoren. Sie weisen auch darauf hin, dass etwa ein Drittel der Sterne in Wd2 veränderliche Sterne sind, und diese Sterne bilden einen wichtigen Teil dieser Studie, da Variabilität aus großer Entfernung beobachtet werden kann.
Sie schreiben: „Der Vergleich zwischen den räumlichen Verteilungen der fünf Variablenpopulationen zeigt, wie lokale Bedingungen die Entwicklung zirkumstellarer Scheiben beeinflussen können.“
Es gibt eine enorme Anzahl von verschiedenen Arten von variable Sterne . Als Teil ihrer Arbeit teilten die Forscher die PMS-variablen Sterne in Wd2 in fünf Populationen ein:
- WTTS- oder T-Tauri-Sterne mit schwacher Linie: Ihr Licht variiert aufgrund von magnetischen Flecken auf ihrer Oberfläche, die sich in und aus dem Sichtfeld drehen.
- CTTS oder klassische T-Tauri-Sterne: variabel, weil sie immer noch Material von der zirkumstellaren Scheibe ansammeln
- Wasseramseln: ihre Lichteinbrüche aufgrund der Merkmale ihrer zirkumstellaren Scheiben
- Burster: strahlen Lichtblitze aus, die ihren Höhepunkt im Röntgenbereich des Spektrums haben
- EBs: eclipsing binaries: Das Licht ist aufgrund der binären Finsternis variabel
In ihrer Veröffentlichung heißt es: „Die räumliche Verteilung der verschiedenen Populationen veränderlicher PMS-Sterne legt nahe, dass stellare Rückkopplung und UV-Strahlung von massereichen Sternen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung zirkumstellarer und planetarischer Scheiben spielen.“
Diese Abbildung aus der Studie zeigt die räumliche Verteilung der fünf Arten von veränderlichen Sternen, die die Forscher kartiert haben. Die Linien sind Isokonturen mit stellarer Dichte, und insbesondere in Tafel B können Sie sehen, dass es zwei Regionen oder Klumpen mit hoher stellarer Dichte gibt. Bildnachweis: Sabbi et al, 2020
Einige dieser Details konnten die Forscher in dieser Studie herauskitzeln. Wie das Bild zeigt, sind T-Tauri-Sterne mit schwacher Linie stärker um die beiden dichtesten Sternhaufen in WD2 konzentriert, während klassische T-Tauri-Sterne und -Burster weiter verteilt sind. Auch gibt es keine Wasseramseln im Zentrum der beiden Dichteklumpen, wo die massereichsten Sterne wohnen.
Da Wasseramseln aufgrund der Merkmale ihrer zirkumstellaren Scheiben Helligkeitsabfälle aufweisen, scheint es, dass die riesigen hellen Sterne in der Mitte die Scheiben der Wasseramseln stören.
„Eine wichtige Schlussfolgerung dieser Arbeit ist, dass die starke ultraviolette Strahlung massereicher Sterne die Scheiben um benachbarte Sterne verändert“, sagte Teammitglied Danny Lennon vom Instituto de Astrofísica de Canarias.
In ihrem Artikel schreiben die Autoren: „Wenn der dramatische Helligkeitsabfall der Wasseramseln, wie allgemein akzeptiert, auf das Vorhandensein großer staubiger Strukturen und Planetesimale zurückzuführen ist, könnte das Fehlen von Wasseramseln in den beiden Klumpen von Wd2 mit höherer Dichte erklären, warum planetarische Systeme scheinen in … jüngeren dichten Clustern wie Wd2 extrem selten zu sein.
Es wird mehr Beobachtung mit besseren Instrumenten erfordern, um mehr von den Details um diese enorm mächtigen jungen Sterne zu entdecken und wie sie die Scheiben ihrer Nachbarsterne beeinflussen. Astronomen sagen das oft, und heutzutage ist damit oft das James-Webb-Weltraumteleskop gemeint.
Illustration des James Webb-Weltraumteleskops der NASA. Wenn dieses Ding endlich auf den Markt kommt, wird es sehr beschäftigt sein. Credits: NASA
„Hochauflösende Folgebeobachtungen im nahen und mittleren Infrarot unter Verwendung von beispielsweise NIRSpec und MIRI auf demJames Webb Weltraumteleskopwird benötigt, um die Eigenschaften der Scheiben in Wd2 und anderen YMCs definitiv zu charakterisieren, um zu bestimmen, wie lokale Bedingungen die Entwicklung dieser Systeme und die Bildung von Planetensystemen beeinflussen.“
Hört sich gut an. Jetzt starte das verdammte Ding!
Mehr:
- Pressemitteilung: Hubble stellt fest, dass die „Entfernung“ von den hellsten Sternen der Schlüssel zum Erhalt der Ur-Scheiben ist
- Pressemitteilung: Bei der Planetenentstehung ist es Ort, Ort, Ort
- Forschungsbericht: Zeitbereichsstudie des Young Massive Cluster Westerlund 2 mit dem Hubble-Weltraumteleskop.
- Universum heute: Astronomen sehen, wie sich entzückende Babyplaneten um einen jungen Stern bilden
