Sternenphysik: Donuts im Weltall

In den Weiten des Universums treiben sich Sterne herum, die teilweise hundert Sonnenmassen in sich vereinen. Der Haken an der Sache: Eigentlich dürfte es sie gar nicht geben – jedenfalls, wenn man ihre Geburt und Jugend analog zu weniger gewichtigen Verwandten annimmt.

Maike Pollmann

Entstehung eines massereichen Sterns — © M. Beltrán, L. Carbonaro (Ausschnitt)

Hat sich einmal ein Stern aus dem gravitativen Kollaps einer Gas- und Staubwolke gebildet, wächst er in seinen Kinderjahren noch kräftig weiter. Angetrieben durch die Schwerkraft zieht er zu allen Seiten umliegendes Gas und Staub in sich hinein. Bei etwa acht Sonnenmassen sollte theoretischen Rechnungen zufolge aber Schluss damit sein.

Schuld daran ist die vom verdichteten Kern ausgehende Strahlung, die mit zunehmender Masse immer intensiver wird. Der durch sie erzeugte Strahlungsdruck bremst die einfallende Materie ab, bis sie letztendlich vollständig aufgehalten wird. So verlangt es zumindest die Theorie. Doch viele Sterne halten sich nicht daran und bevölkern mit weitaus größeren Massen das Universum.

Folglich versuchte die Astronomengemeinde Modelle zu erdenken, die auf normwidrige Sterne zugeschnitten waren. So sahen sie etwa die Kollision von zwei masseärmeren Sternen als Lösung des Problems. Alternativ stellten sie sich den Stern inmitten einer torusförmigen Gaswolke vor anstatt wie üblich in einer kugelförmigen Struktur. Die stellare Strahlung könnte durch die Öffnungen entweichen, ohne damit das weitere Anwachsen von Masse zu stören.

Zur eindeutigen Klärung bedarf es wohl eines Blickes auf das postnatale Verhalten massereicher Sterne. Doch um die frühe Entwicklung zu beobachten, brauchen die Astronomen viel Glück – denn durch ihre enorme Masse werden die massereichen etwa zehn Mal schneller erwachsen als durchschnittliche Sterne. Auch insgesamt beschert ihnen das Übergewicht ein viel kürzeres Leben, da sie ihre nuklearen Energieressourcen sehr viel schneller verbrennen. Und zu allem Überfluss sind sie ohnehin relativ selten im Universum.

Den widrigen Umständen zum Trotz konnten Astronomen in den letzten Jahren einige der jungen Kolosse untersuchen und dort rotierende Scheiben nachweisen, vereinzelt sogar torusförmige Gaswolken und Hinweise auf einfallende Materie. Nun legen Maria Beltrán und ihre Kollegen von der Universität in Barcelona nach.

Radioteleskope des VLA | Das VLA in New Mexico besteht aus 27 einzelnen Radioteleskopen mit einem Durchmesser von je 25 Metern.

Sie richteten die riesigen Radioantennen des VLA auf eine etwa 25 000 Lichtjahre entfernte Ansammlung von jungen Sternen. Als besonders interessant entpuppte sich G24 A1 – ein Gestirn mit der zwanzigfachen Sonnenmasse. Er zeigte gleich drei entscheidende Anzeichen für die Klärung der Entstehungsfrage.

So besaß dieser Stern eine rotierende Gaswolke, die wie gewünscht in Donut-Form auftrat. Soweit nichts wirklich Neues. Doch die Analyse der aufgenommenen Spektren gab ebenfalls preis, dass stetig Materie in Richtung des verdichteten Kerns gezogen wurde, mit einer Geschwindigkeit von etwa zwei Kilometer pro Sekunde. Dort, inmitten des Gasringes, machten sie die dritte Entdeckung: G24 A1 entsendet den Daten zufolge auf jeder Seite des Torus zwei gebündelte Strahlen in den Weltraum.

Damit fanden Beltrán und Kollegen erstmals mehrere Anhaltspunkte gleichzeitig. Sie schließen daraus, dass massereiche Sterne sich tatsächlich aus nichtsphärischen Gas- und Staubwolken gebildet haben.Wie dieser Prozess bei noch massereicheren Exemplaren ablief, steht allerdings noch in den Sternen.