Pressemitteilung

Sterne: Natriumarme Ernährung als Schlüssel zu hohem Alter

Neue VLT-Beobachtungen bringen Theorien zur Sternentwicklung in Bedrängnis

29. Mai 2013

Astronomen gehen davon aus, dass Sterne wie die Sonne am Ende ihres Lebens einen Großteil ihrer Atmosphäre ins All schleudern. Neue Beobachtungen eines großen Sternhaufens mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO zeigen jedoch, dass entgegen aller Erwartungen der Großteil der beobachteten Sterne diesen Lebensabschnitt gar nicht erst erreicht. Ein internationales Astronomenteam hat herausgefunden, dass die Menge an Natrium in diesen Sternen ein starker Indikator dafür ist, wie Sterne enden.

Viele Jahre lang gingen Astronomen davon aus, dass die Art und Weise wie sich Sterne entwickeln und wie sie ihr Leben beenden, bestens verstanden ist. Detaillierte Computermodelle ergeben, dass Sterne mit einer ähnlichen Masse wie die Sonne in einer gewissen Zeitspanne zum Ende ihres Lebens hin – genannt Asymptotischer Riesenast (engl. asymptotic giant branch, abgekürzt AGB [1]) – einen letzten Ausbruch nuklearer Fusionsreaktionen durchlaufen und einen Großteil ihrer Masse in Form von Gas und Staub abstoßen würden. 

Aus dieser abgestoßenen Materie [2] entstehen später die nächsten Generationen von Sternen. Dieser Zyklus des Massenverlustes und der Neuentstehung ist entscheidend für die Erklärung der Entwicklung der chemischen Zusammensetzung des Universums. Dieser Prozess liefert ebenfalls das Material, das für die Entstehung von Planeten – und letztendlich für organisches Leben nötig ist.

Bei der Durchsuchung alter Fachartikel stolperte der Australier Simon Campbell, ein Experte für Sternentwicklungstheorie am Zentrum für Astrophysik der Monash University in Melbourne, allerdings auf einige Ungereimtheiten. So kam er auf die Vermutung, dass einige Sterne irgendwie diesen Regeln nicht zu folgen scheinen und die AGB-Phase vollständig überspringen könnten. Also ging er der Sache nach:

„Für einen Wissenschaftler, der sich mit der Modellierung der Sternentwicklung befasst, klangen solche Vermutungen verrückt! Nach unseren Modellen durchlaufen alle Sterne die AGB-Phase. Ich habe alle alten Studien genau überprüft und herausgefunden, dass diese Annahme nicht angemessen untersucht wurde. Ich habe mich daher dazu entschlossen, selbst Untersuchungen anzustellen, obwohl ich wenig Erfahrung hatte was Beobachtungen angeht.”

Mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der ESO untersuchten Campbell und sein Team sehr sorgfältig das Licht der Sterne des Kugelsternhaufens NGC 6752 im südlichen Sternbild Pavo (der Pfau). Diese gewaltige, kugelförmige Ansammlung uralter Sterne enthält sowohl eine erste Generation von Sternen, als auch eine zweite Generation, die zu einem späteren Zeitpunkt entstand [3]. Diese beiden Generationen können anhand der Menge an Natrium, die sie enthalten, unterschieden werden. Der Natriumgehalt kann anhand der qualitativ hochwertigen Daten des VLT gemessen werden. 

„FLAMES, der hochauflösende Multi-Objekt-Spektrograf des VLT, war das einzige Instrument, das uns ermöglicht hat, wirklich qualitativ hochwertige Daten für 130 Sterne auf einmal aufzunehmen. So konnten wir den größten Teil des Kugelsternhaufens in einem Zug beobachten”, fügt Campbell hinzu. 

Die Ergebnisse waren überraschend – alle AGB-Sterne in der Studie waren Sterne der ersten Generation mit einem niedrigen Natriumanteil, während kein einziger Stern der zweiten Generation mit einem hohen Natriumgehalt zu einem AGB-Stern geworden war. 70% der Sterne durchliefen also die letzte Phase nuklearer Fusionsreaktionen und den resultierenden Massenverlust nicht  [4] [5]. 

„Es hat den Anschein, als ob Sterne natriumarme 'Nahrung' benötigen, um die AGB-Phase im hohen Alter überhaupt erst erreichen zu können. Diese Beobachtung ist gleich aus mehreren Gründen wichtig: Diese Sterne sind die hellsten Sterne in Kugelsternhaufen. Es wird also 70% weniger dieser hellsten Sterne geben, als die Theorie vorhersagt. Das bedeutet wiederum, dass unsere Computermodelle der Sternentwicklung unvollständig sind und korrigiert werden müssen”, folgert Campbell. 

Die Gruppe geht davon aus, dass ähnliche Ergebnisse für andere Sternhaufen gefunden werden. Weitere Beobachtungen sind geplant.

Endnoten

[1] AGB-Sterne tragen diesen seltsamen Namen aufgrund ihrer Position im Hertzsprung-Russell-Diagramm, einer Grafik, in der die Helligkeiten der Sterne gegen ihre Spektralfarbe aufgetragen wird. 

[2] Für einen kurzen Zeitraum wird die abgestoßene Materie durch die starke ultraviolette Strahlung des Sternes erhellt und bildet einen Planetarischen Nebel (siehe zum Beispiel eso1317)

[3] Obwohl die Sterne eines Kugelsternhaufens sich alle zu ungefähr der selben Zeit gebildet haben, ist inzwischen bekannt, dass diese Systeme nicht so einfach sind, wie man früher angenommen hatte. Sie enthalten üblicherweise zwei oder mehr Sternpopulationen, die sich in ihrem Gehalt an leichten chemischen Elementen unterscheiden. Beispiele sind Kohlenstoff, Stickstoff und -- entscheidend für diese neue Studie -- Natrium.

[4] Es wird angenommen, dass Sterne, die die AGB-Phase überspringen, sich direkt zu weißen Zwergen, bestehend aus Helium, entwickeln und anschließend über viele Milliarden Jahre allmählich abkühlen.

[5] Man geht nicht davon aus, dass der Natriumgehalt selber die Ursache für das abweichende Verhalten darstellt. Allerdings muss er eng mit der zugrundeliegenden Ursache verknüpft sein, die allerdings noch ein Rätsel ist.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse von Simon Campbell et al. erscheinen am 29. Mai 2013 unter dem Titel "Sodium content as a predictor of the advanced evolution of globular Cluster stars" online in der Fachzeitschrift Nature. 

Die beteiligten Wissenschaftler sind Simon W. Campbell (Monash University, Melbourne, Australien), Valentina D’Orazi (Macquarie University, Sydney, Australien; Monash University), David Yong (Australian National University, Canberra, Australien [ANU]), Thomas N. Constantino (Monash University), John C. Lattanzio (Monash University), Richard J. Stancliffe (ANU; Universität Bonn), George C. Angelou (Monash University), Elizabeth C. Wylie-de Boer (ANU), Frank Grundahl (Aarhus University, Dänemark).

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 15 Mitgliedsländer: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist der europäische Partner bei den neuartigen Verbundteleskop ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein Großteleskop mit 39 Metern Durchmesser für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird: das European Extremely Large Telescope (E-ELT).

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Links

• Fachartikel bei Nature
• Fotos vom Very Large Telescope
• ESO-Aufnahmen Planetarischer Nebel

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