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News: Eine kosmische Staubfontäne

Das "Rote Rechteck" im Sternbild im Sternbild Einhorn
Wo und wie interstellarer Staub genau entsteht, ist bis heute nicht eindeutig geklärt. Jetzt entdeckten Wissenschaftler in einem Doppelsternsystem Anzeichen dafür, dass Staub jetartig in den Weltraum geschleudert wird.

Staub ist im Universum allgegenwärtig. Die feinen Partikel ärgern die Wissenschaftler nicht nur, indem sie im sichtbaren Licht die Beobachtung ferner Objekte stören, sondern geben den Experten auch zahlreiche Rätsel auf. "Wir wissen nicht, woraus der Staub genau besteht, wo er entsteht und wie er in den Weltraum gelangt", sagt der Astronomieprofessor Donald York von der University of Chicago.

Staub spielt beim Geburtsprozess von Sternen eine zentrale Rolle. Genauere Kenntnisse über seine Zusammensetzung und seinen Ursprung sind deshalb nötig, um die theoretischen Modelle zur Sternentstehung weiterzuentwickeln.

Eine mögliche Quelle für kosmischen Staub ist das Doppelsternsystem HD 44 179 im Sternbild Einhorn. Wahrscheinlich schießt hier in einer Entfernung von rund 2300 Lichtjahren zu uns sogar eine regelrechte Staubfontäne empor. York und ein Wissenschaftlerteam um Adolf Witt von der Universität in Toledo/Ohio beobachteten das Paar über sieben Jahre hinweg mit dem 3,5-Meter-Teleskop des Apache Point Observatory in New Mexico.
Das "Rote Rechteck" im Sternbild Einhorn | Mit dem Weltraumteleskop Hubble gelang dies Aufnahme des protoplanetaren Nebels um den Stern HD 44 179. Der Nebel leuchtet durch an Staubteilchen gestreutes Sternlicht.


Einer der beiden Komponenten ist ein so genannter post-asymptotischer Riesenast-Stern (post-AGB-Stern). Die AGB-Phase erreichen sterbende Sterne mit einer Masse bis etwa neun Sonnenmassen. Im Stern zündet ein letztes Mal die Kernfusion, bei der Wasserstoff in Helium umgewandelt wird. In diesem Stadium dehnt er sich aus, kühlt ab und verliert seine äußeren Schichten kontinuierlich an das interstellare Medium. Forscher vermuten, dass sich in diesen abkühlenden Schichten Staub bildet.

Ein post-AGB-Stern hat seinen Wasserstoff bereits komplett aufgebraucht und in seinem Inneren hat das Heliumbrennen eingesetzt, bei dem aus Heliumatomen Kohlenstoff entsteht.

In Doppelsternsystemen sammelt sich ein Teil des ausgeworfenen Materials des post-AGB-Sterns – Gas und Staub – wahrscheinlich um die masseärmere Komponente an und bildet eine Akkretionsscheibe. Im Falle von HD 44 179 bewegt sich diese Materie innerhalb von rund 500 Jahren spiralförmig in Richtung der Oberfläche des Sterns. Ein Teil des angesammelten Materials schießt dabei in jeweils entgegengesetzte Richtungen fontänenartig empor, bipolare Jets entstehen.
Die beiden Sterne im Inneren des "Roten Rechtecks" | So wie in dieser Computergrafik stellen sich die Astronomen das Innenleben des "Roten Rechtecks" vor. Von einem massereichen Stern strömen Gas und Staub auf einen masseärmeren Stern über und bilden um ihn herum eine Akkretionsscheibe aus. Von dieser strömen in Richtung der beiden Pole bipolare Jets ab. Sie sind für die Entstehung des Staubnebels verantwortlich.


Gleichzeitig entsteht auch eine Materiescheibe, die beide Sterne umschließt. Sie ist derart dicht, dass die beiden Komponenten von HD 44 179, die sich in rund zehn Monaten einmal umrunden, nicht direkt sichtbar sind. Wir sehen lediglich Licht, das senkrecht zur Staubscheibe ausströmt und von Staubteilchen reflektiert wird.

Die kosmische Staubproduktion lässt sich nur schwierig beobachten, da die Phase, in der Staub in diesen sterbenden Sternen gebildet wird, nur etwa zehntausend Jahre andauert – ein Wimpernschlag im langen Leben eines Sterns.

Die Materie, welche der post-AGB-Stern verliert, formte um das Doppelsystem einen protoplanetarischen Nebel. Da dieser auf Aufnahmen von erdgebundenen Teleskopen eine rechteckige Struktur aufweist, wird er auch red rectangle (Rotes Rechteck) genannt. Bilder des Hubble-Teleskops zeigten jedoch, dass er eine ausgeprägtere x-Form besitzt.

Ursprünglich wollte das Forscherteam feststellen, wo sich die UV-Quelle im Inneren des Roten Rechtecks befindet. Der helle und massereiche Zentralstern ist nämlich nicht heiß genug, um ausreichend energiereiche ultraviolette Strahlung auszusenden, deren Wechselwirkungspänomene in manchen Bereichen des "Roten Rechtecks" zu sehen sind. Tatsächlich ist keiner der beiden Sterne im Zentrum die Quelle der UV-Strahlung, sondern heiße innerste Bereich der Akkretionsscheibe um den masseärmeren Stern. Diese Zone erreicht Temperaturen um 20 000 Grad, mehr als genug, um ultraviolettes Licht zu erzeugen.

Mirco Saner

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