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News: Schwere Kost für schwere Sterne

Bislang vermuteten Astronomen, dass massereichen Sternen ausschließlich leichte Kost bekommt. Da haben sie sich wohl geirrt.
NGC 4254
Die meisten Wissenschaftler gehen heute davon aus, dass das Universum vor rund 15 Milliarden Jahren mit dem Urknall entstand. Sekundenbruchteile später entstanden die ersten Elementarteilchen, die sich wenig später zu komplexeren Teilchen zusammenschlossen und so die Grundsteine der Materie bildeten. Wasserstoff und Helium sowie ihre Isotope formten sich daraus zusammen mit geringen Spuren des leichten Elements Lithium.

Auch heute zählen Wasserstoff und Helium zu der häufigsten (baryonischen) Materieform im All. Ansonsten ist die Vielfalt an Elementen aber doch etwas größer als zu Anbeginn der Zeit. Denn bei Fusionsprozessen im Inneren von Sternen sind Elemente jenseits der Kernladungszahl Drei entstanden, wobei sich die allerschwersten bei stellaren Explosionen, den Supernovae, formten.

Dieser Prozess der "chemischen Evolution" dauert auch jetzt noch an, wobei die Geschwindigkeit der Elemententstehung von der jeweiligen Region im All abhängt. In den vergleichsweise ruhigen Außenbezirken der Milchstraße, in denen unser Sonnensystem vor rund 4,6 Milliarden Jahren geboren wurde, dauerte es beispielsweise zehn Milliarden Jahre, bis all die Elemente entstanden waren, die heute in unserer Nachbarschaft zu finden sind. Im Zentrum der Galaxien, insbesondere der so genannten aktiven Galaxien, formen sich ähnliche oder sogar noch größere Mengen schwerer Elemente in viel kürzerer Zeit – lediglich ein bis zwei Milliarden Jahre braucht es hier.

Wenig ist bislang über diese Regionen, die Astronomen als "metallreich" bezeichnen, bekannt. (Für Astronomen sind alle Elemente Metalle, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind.) Und eine ihrer zentralen Fragen lautet deshalb: Ist unter diesen speziellen Bedingungen überhaupt eine normale Sternbildung möglich? Anders ausgedrückt – entstehen Sterne also mit der gleichen Massen-Vielfalt wie es in anderen, gewöhnlicheren Bereichen des Alls geschieht?

Und tatsächlich weisen einige gängige Theorien der Sternbildung darauf hin, dass Sterne in metallreichen Regionen keine Chance haben, schwer zu werden – sich also mehr als zwanzig Sonnenmassen Materie einzuverleiben. Denn die starke Strahlung der jungen Sterne wird gerade von den schweren Elementen wirkungsvoll abgeblockt, wobei die Überbleibsel der Wolke, aus der das Gestirn entsteht, in alle Richtungen davon geblasen wird. Die Neugeborenen schneiden sich also in den metallreichen Regionen selbst ihre Nahrung ab – so zumindest die Theorie.

Doch diese müssen die Astronomen vermutlich revidieren; denn mit dem Very Large Telescope auf dem Paranal in der chilenischen Atacama-Wüste gelang es nun erstmals, Anzeichen für eine große Zahl extrem massereicher Sterne inmitten einer metallreichen Region der Sternentstehung auszumachen. Eigentlich wollten Maximilien Pindao vom Observatoire de Genève im schweizerischen Sauverny und seine Kollegen nur einen Blick in die Sternen-Kinderstube von Galaxien im Virgo-Cluster werfen. Die Astronomen untersuchten die optischen Spektren so genannter H-II-Regionen, das sind Nebel, die sich durch hohe Konzentrationen ionisierten Wasserstoffs auszeichnen – der richtige Nährboden für junge Sterne.

Wie sich jedoch zeigte, wiesen 30 der insgesamt 90 untersuchten, metallreichen H-II-Regionen den spektralen Fingerabdruck von so genannten Wolf-Rayet-Sternen auf – besonders schweren Sternen, die auch aus unserer Milchstraße bekannt sind. Mehr noch: Die genaue Analyse der Beobachtungsdaten beweist, dass Sterne von wenigstens 60 bis 90 Sonnenmassen in jenen metallreichen Regionen der Virgo-Galaxien entstanden sind. Außerdem wäre das Verhältnis dieser schweren Sterne zu den leichteren identisch mit dem "normaler" Regionen.

Damit scheint nun die These widerlegt, nach der Schwergewichte nicht in metallreichen Regionen entstehen können – eine durchaus bedeutsame Entdeckung, da gerade jenen massereichen Sternen eine führende Rolle bei der Entwicklung von Galaxien zukommt. Weitere Beobachtungen jener fernen Regionen sollen nun folgen.

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