Eine künstlerische Darstellung einer zirkumstellaren Scheibe um einen massiven Stern. Bildnachweis: NAOJ Zum Vergrößern anklicken
Eine internationale Gruppe von Astronomen hat den Coronagraphic Imager for Adaptive Optics (CIAO) am Subaru-Teleskop in Hawaii verwendet, um sehr scharfe polarisierte Lichtbilder im nahen Infrarot des Geburtsortes eines massiven Protosterns namens Becklin-Neugebauer zu erhalten (BN) Objekt in einer Entfernung von 1500 Lichtjahren von der Sonne. Die Bilder der Gruppe führten zur Entdeckung einer Scheibe, die diesen sich neu bildenden Stern umgibt. Dieser Befund, der in der Nature-Ausgabe vom 1. September ausführlich beschrieben wird, vertieft unser Verständnis der Entstehung massereicher Sterne.
Die Forschungsgruppe, zu der Astronomen des Purple Mountain Observatory in China, der National Astronomical Observatories in Japan und der University of Hertfordshire in Großbritannien gehören, untersuchte die Region in der Nähe des Becklin-Neugebauer-Objekts und analysierte, wie Infrarotlicht durch Staub beeinflusst wird. Dazu nahmen sie ein polarisiertes Lichtbild des Objekts bei einer Wellenlänge von 1,6 Mikrometern (dem H-Band von Infrarotlicht) auf. Bilder der Helligkeit des Objekts zeigen nur eine kreisförmige Lichtverteilung. Ein Bild der Polarisation des Lichts zeigt jedoch eine Schmetterlingsform, die Details enthüllt, die allein durch Betrachtung der Helligkeitsverteilung nicht erkennbar sind. Um die Umgebung des Sterns und die Auswirkungen der Schmetterlingsform zu verstehen, erstellten die Astronomen zum Vergleich ein Computermodell sowie ein Schema der Sternentstehung. Diese Modelle zeigen, dass die Schmetterlingsform die Signatur einer Scheibe und einer Abflussstruktur in der Nähe des neugeborenen Sterns ist.
Diese Entdeckung ist der konkreteste Beweis für eine Scheibe um einen massiven jungen Stern und zeigt, dass massive Sterne wie das BN-Objekt (das etwa das Siebenfache der Sonnenmasse beträgt) die gleiche Weise bilden wie Sterne mit geringerer Masse wie die Sonne.
Es gibt zwei Haupttheorien, um die Bildung massereicher Sterne zu erklären. Der erste besagt, dass massive Sterne das Ergebnis der Verschmelzung mehrerer massearmer Sterne sind. Die zweite besagt, dass sie durch Gravitationskollaps und Massenakkretion innerhalb zirkumstellarer Scheiben gebildet werden. Sterne mit geringerer Masse wie die Sonne haben sich höchstwahrscheinlich durch die zweite Methode gebildet. Die Kollaps-Akkretionstheorie geht davon aus, dass ein System einen Stern hat, der mit einem bipolaren Abfluss, einer zirkumstellaren Scheibe und einer Hülle verbunden ist, während die Fusionstheorie dies nicht tut. Das Vorhandensein oder Fehlen solcher Strukturen kann zwischen den beiden Formationsszenarien unterscheiden.
Bis vor kurzem gab es nur wenige direkte Beobachtungsergebnisse für beide Theorien der massiven Sternentstehung. Dies liegt daran, dass neu gebildete massive Sterne im Gegensatz zu Sternen mit geringerer Masse so selten und so weit von uns entfernt sind, dass sie schwer zu beobachten waren. Große Teleskope und adaptive Optiken, die die Bildschärfe erheblich verbessern, ermöglichen es nun, diese Objekte mit beispielloser Klarheit zu betrachten. Die hochauflösende Infrarotpolarimetrie ist ein besonders leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung der Umgebung, die sich hinter dem hellen Schein eines massiven Sterns verbirgt.
Die Polarisation - die Richtung, in die Lichtwellen schwingen, wenn sie von einem Objekt wegströmen - ist ein wichtiges Merkmal der Strahlung. Sonnenlicht hat keine bevorzugte Schwingungsrichtung, kann jedoch polarisiert werden, wenn es von der Erdatmosphäre gestreut wird oder von der Wasseroberfläche reflektiert wird. Eine ähnliche Aktion findet in einer zirkumstellaren Wolke um einen neugeborenen Stern statt. Der Stern beleuchtet seine Umgebung - die zirkumstellare Scheibe, die Hülle und die Hohlraumwände, die durch die abfließenden Ströme gebildet werden. Das Licht kann sich frei im Hohlraum bewegen und dann von seinen Wänden reflektiert werden. Dieses reflektierte Licht wird stark polarisiert. Im Gegensatz dazu sind die Scheibe und die Hülle für Licht relativ undurchsichtig. Dies verringert die Polarisation des von diesen Regionen kommenden Lichts.
Der Erfolg der Gruppe bei der Erkennung von Beweisen für eine Scheibe und den Abfluss um das BN-Objekt durch hochauflösende Infrarotpolarimetrie legt nahe, dass dieselbe Technik auf andere sich bildende Sterne angewendet werden kann. Dies würde es Astronomen ermöglichen, eine umfassende Beobachtungsbeschreibung der Bildung massereicher Sterne zu erhalten, die größer als das Zehnfache der Sonnenmasse ist.
Originalquelle: NAOJ-Pressemitteilung
