Mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile gelang es einer Forschergruppe um Paul Crowther an der University of Sheffield, den bislang massereichsten Stern im Universum auszumachen. Dazu untersuchten sie die Sternbildungsregion R 136 im Tarantelnebel, die sich in der Großen Magellanschen Wolke (LMC) befindet, einem Begleiter unseres Milchstraßensystems. Die Große Magellansche Wolke und somit R 136 sind rund 165 000 Lichtjahre von uns entfernt und stehen von Mitteleuropa aus unbeobachtbar am Südhimmel im Sternbild Schwertfisch (Dorado).
Der Tarantelnebel und R 136 in der Großen Magellanschen Wolke
© ESO/P. Crowther/C.J. Evans
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In der Großen Magellanschen Wolke, einem Begleiter unseres Milchstraßensystems, befindet sich der Tarantelnebel (links). Er ist in der Mitte vergrößert dargestellt. Das helle Leuchten seiner Gase wird hauptsächlich durch die intensive Ultraviolettstrahlung der massereichen Sterne im offenen Sternhaufen R 136 (rechts) verursacht.


Der massereiche offene Sternhaufen R 136 machte bereits in den frühen 1980er Jahren Schlagzeilen, als mehrere Astronomen behaupteten, die Komponente R 136a bestünde aus einem Stern mit mehreren tausend Sonnenmassen. Aber schon im Jahre 1985 wiesen die beiden deutschen Astronomen Gerd Weigelt und Gerhard Baier mit Hilfe der Speckle-Interferometrie nach, dass R 136a ein dichter Sternhaufen aus mindestens acht Einzelsternen ist. Dennoch zeigte sich, dass sich in dieser Region zahlreiche sehr massereiche Sterne befinden.

Das Forscherteam um Crowther nahm sich daher R 136 erneut vor, um die massereichen Sterne dieses Sternhaufens mit den modernsten Verfahren zu untersuchen. Wegen ihrer großen Masse und der deshalb sehr intensiven Fusionsprozesse in ihrem Inneren sind diese Sterne äußerst leuchtkräftig und sehr heiß. Ihre Oberflächentemperaturen betragen um die 40 000 Grad Celsius, sie sind somit bis zu sieben Mal so heiß wie unsere Sonne mit 5500 Grad Celsius.

Der innerste Bereich des Sternhaufens R 136
© Crowther et al., MNRAS 2010
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Bei der detaillierten Analyse des innersten Bereichs des Sternhaufens R 136a mit Hilfe der adaptiven Optik des VLTs gelang es, den Innenbereich von R 136a in Einzelobjekte aufzulösen (siehe beistehendes Bild). Die Auflösung erreichte dabei 0,1 Bogensekunde, das entspricht in einer Entfernung von 165 000 Lichtjahren einer räumlichen Ausdehnung von 0,08 Lichtjahren oder rund 5000 Astronomischen Einheiten (AE).

Auf dem Bild stach der Stern R 136a1 besonders hervor. Mit Hilfe von spektroskopischen Daten und einem Vergleich mit theoretischen Modellen der Sternentwicklung für besonders massereiche Sterne ergibt sich für ihn eine Masse von 265 Sonnenmassen. Dabei gehen die Forscher davon aus, dass es sich um einen Einzelstern handelt. Allerdings besteht die Gefahr, dass R 136a1 doch ein Doppel- oder Mehrfachstern ist, wenn die Polachse des Systems zu Erde weisen würde. Dann ergäben sich aus den Spektren keine Hinweise auf eine Doppel- oder Mehrfachnatur dieses Sterns und das System wäre dann kleiner als 5000 AE.

Sollte R 136a1 aber wirklich ein Einzelstern sein, so gehen Crowther und Kollegen davon aus, dass er bereits rund 50 Sonnenmassen durch einen extremen Sternwind an seine Umgebung verloren hat. Sein Geburtsgewicht könnte somit bis zu 310 Sonnenmassen betragen haben. Derartige Sterne heißen Wolf-Rayet-Sterne; da R 136a1 in seinem Spektrum einen deutlichen Anteil an Stickstoff an seiner Oberfläche aufweist, wird er präziser als WN-Stern bezeichnet.

R 136a1 ist rund eine Million Jahre alt und in dieser Schwergewichtsklasse schon ein Stern mittleren Alters. Ein derart extrem massereicher Stern hat nur eine sehr kurze Lebensdauer von wenigen Millionen Jahren, bis er sich zu einem Roten Riesen aufbläht und schließlich in einer Supernova-Explosion zerstört wird. Daher sind solche Sterngiganten nur sehr selten zu beobachten. Die Forscher vermuten, dass diese Sterne in besonders energiereichen Supernovae vergehen, so dass von ihnen nur noch eine heiße Wolke aus mit schweren Elementen angereicherten Gasen übrig bleibt. Es entsteht dabei also weder ein Neutronenstern noch ein Schwarzes Loch.

Die Sonne im Vergleich zu R 136a1
© ESO/M. Kornmesser / The sizes of stars / CC BY 4.0 CC BY
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Wie ein Zwerg wirkt unsere Sonne im Vergleich zu dem extrem massereichen Stern R 136a1 in der Großen Magellanschen Wolke. Links von ihr ist ein M-Zwergstern von etwa der Größe Jupiters mit einem Zehntel der Sonnenmasse dargestellt, rechts von ihr ein B-Stern mit rund acht Sonnenmassen. R 136a1 leuchtet etwa zehn Millionen Mal so hell wie unsere Sonne und ist an seiner Oberfläche rund 40 000 Grad Celsius heiß.
Noch aber zeigt R 136a1 keinen Anzeichen eines baldigen Ablebens, derzeit badet er seine Umgebung in der 50-fachen Strahlung der Trapez-Sterne im berühmten Orionnnebel, dem uns am nächsten liegenden Sternentstehungsgebiet. Könnte man ihn in unser Sonnensystem verpflanzen, so würde R 136a1 rund zehn Millionen Mal heller als die Sonne leuchten und seine Oberfläche würde fast bis zur Bahn von Merkur reichen. Wegen seiner viel höheren Masse würde die durch die extreme Ultraviolettstrahlung unbewohnbare Erde ihre Bahn in nur drei Wochen durchrasen.

Rätselhaft ist jedoch, wie dieser Stern so extrem massereich werden konnte. Die Forscher vermuten, dass er durch das Verschmelzen mehrerer masseärmerer Sterne entstanden sein könnte, denn die Sternendichte in R 136 ist extrem hoch. Mehr als 100 000 Sterne drängen sich hier in einem Gebiet von rund zehn Lichtjahren Durchmesser.

Normalerweise wachsen Sterne dadurch, dass sie durch ihre Schwerkraft die sie umgebenden Gas- und Staubmassen anziehen und aufsammeln. Ab einer Masse von etwa acht Sonnenmassen ist der werdende Stern allerdings sehr heiß und stößt einen sehr intensiven Sternwind aus, der das weitere Aufsammeln von Materie eigentlich verhindern müsste. Dennoch stoßen die Astronomen in besonders massereichen Sternhaufen immer wieder auf Sterne mit der mehr als hundertfachen Masse unserer Sonne. Die Entstehung extrem massereicher Sterne ist nach wie vor ungeklärt. (ta)