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Milchstraßensystem: Stellare Raser aus der Nachbarschaft – Hyperschnellläufer

Einige Sterne in der Milchstraße jagen mit extremen Geschwindigkeiten durch den interstellaren Raum – ihre Herkunft ist Astronomen ein Rätsel. Eine Forschergruppe zieht jetzt einen extragalaktischen Ursprung in Betracht: die Große Magellansche Wolke.
Unser Milchstraßensystem (künstlerische Darstellung)

Betrachtet man unser Milchstraßensystem als einen gigantischen Kreisverkehr, so spielt sich größtenteils alles sehr geregelt ab. Die meisten Sterne halten sich an die Geschwindigkeitsbegrenzung und akzeptieren die gültige Bewegungsrichtung. Ein paar wilde Raser tanzen aber aus der Reihe: So genannte Hyperschnellläufer (englisch: hypervelocity stars, HVS) bewegen sich so rasant durch die Milchstraße, dass sie deren Anziehungskraft entkommen können. Die Herkunft dieser Sterne war lange unklar. Nun schlägt eine Forschergruppe vor, dass sie aus der Großen Magellanschen Wolke, einer kleinen Begleitgalaxie der Milchstraße, herauskatapultiert wurden. Umfangreiche Computersimulationen stützen die Studie der Astronomen, die sie in der neuesten Ausgabe der "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" veröffentlichten.

Bis heute sind nur rund 20 Hyperschnellläufer bekannt. Überwiegend handelt es sich um Sterne des Spektraltyps B, die mehr als drei Sonnenmassen besitzen, weshalb sie sehr heiß sind und stark im blauen Spektralbereich strahlen. Manche von ihnen rasen mit Geschwindigkeiten von 500 Kilometern pro Sekunde und mehr durch den Raum – schnell genug, um dem Schwerkraftfeld der Milchstraße zu entkommen. Bis heute rätseln Astronomen, was die Sterne so sehr beschleunigt hat. Manche Theorien besagen, dass sie in der Nähe des extrem massereichen Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie einen Kick erhielten, andere nennen chaotische Sternhaufen als Ursache.

Doch keines der Modelle erklärt, warum die meisten der Raser nur in einem bestimmten Teil des Himmels beobachtet werden: "Die Hyperschnellläufer finden sich größtenteils in den Sternbildern Löwe und Sextant – wir fragten uns, warum das der Fall ist", erzählt Douglas Boubert von der University of Cambridge in England. Er und seine Kollegen vermuteten deshalb, ein Ort außerhalb der Milchstraße sei der Ursprung der schnellen Sterne: die Große Magellansche Wolke. Sie ist die größte der vielen Zwerggalaxien, die unsere Heimatgalaxie umlaufen, und ist derzeit rund 160 000 Lichtjahre von uns entfernt. Da sie nur etwa ein Zehntel der Masse der Milchstraße besitzt, können Sterne ihrem gravitativen Einfluss leicht entkommen – und dann als Raser in unserer kosmischen Nachbarschaft auftauchen.

© Douglas Boubert
Simulation der Großen Magellanschen Wolke
Das Video zeigt die Simulation der Großen Magellanschen Wolke während ihres Umlaufs um die Milchstraße über die vergangenen zwei Milliarden Jahre. Viele Sterne können der Zwerggalaxie entkommen – vor allem in deren Bewegungsrichtung. Im oberen rechten Segment des Koordinatennetzes werden heute die meisten Hyperschnellläufer beobachtet.

Um ihre Idee genauer zu ergründen, simulierte die Forschergruppe zunächst die Evolution von Sternen in der Großen Magellanschen Wolke von ihrer Geburt bis zum Tod – über einen Zeitraum von rund zwei Milliarden Jahren. Besonders wichtig dabei waren Doppelsternsysteme, denn diese können Sterne auf die Geschwindigkeit beschleunigen, die nötig ist, um die Zwerggalaxie zu verlassen: Nähert sich der massereichere der beiden Partner seinem Ende und explodiert schließlich in einer Supernova, so kann das System aufbrechen und der übrig gebliebene Stern mit seiner vorherigen Umlaufgeschwindigkeit davonfliegen.

Jeden einzelnen solchen "Ausreißer" in ihrer Simulation hielten die Wissenschaftler fest. In einem zweiten Computermodell, das die Große Magellansche Wolke und die komplette Milchstraße enthielt, verfolgten sie dann die Bahnen der flüchtenden Sterne weiter – und konnten somit voraussagen, wo am Himmel wir sie sehen würden. Ihre Positionen stimmen demnach gut mit den tatsächlich beobachteten Hyperschnellläufern überein: Die meisten von ihnen finden sich quasi in Fahrtrichtung der Großen Magellanschen Wolke. Deren Umlaufgeschwindigkeit relativ zur Milchstraße von etwa 400 Kilometern pro Sekunde schleuderte die Ausreißersterne an ihren heutigen Ort und trug gleichzeitig zu ihren enorm hohen Geschwindigkeiten bei.

"Diese Sterne sind gerade von einem Expresszug abgesprungen – kein Wunder, dass sie so schnell sind", meint Robert Izzard, ebenfalls von der University of Cambridge. "Das erklärt auch ihre Position am Himmel, da die schnellsten Ausreißersterne entlang des Orbits der Großen Magellanschen Wolke in Richtung der Sternbilder Löwe und Sextant ausgestoßen werden." Etwa 10 000 solcher flüchtenden Sterne sollte es laut der Forschergruppe geben, etwa die Hälfte davon sei so schnell, dass sie der Milchstraße entkommen könnten. Da viele der simulierten Hyperschnellläufer schon während oder kurz nach der Flucht aus der Zwerggalaxie ihren Tod fanden, müsste es außerdem eine große Zahl sehr schneller Schwarzer Löcher und Neutronensterne geben.

Ob an der Hypothese der Astronomen etwas dran ist, wird das europäische Weltraumteleskop Gaia zeigen, das die Positionen und Geschwindigkeiten von etwa einer Milliarde Sterne in unserer Heimatgalaxie erfasst. Viele der stellaren Raser müssten dabei auch ins Netz gehen. Die nächste Datenveröffentlichung des Projekts steht aber erst im April 2018 an – bis dahin darf also noch spekuliert werden.

27/2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 27/2017

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