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VLT
Massereiche Sterne entstehen überall

von Stefan Deiters
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26. August 2002

Massereiche Sterne spielen eine entscheidende Rolle bei der Elemententstehung im Universum. Doch werden diese Sternenriesen auch überall geboren, beispielsweise in den Zentren von Galaxien? Astronomen hatten daran bislang ihre Zweifel. Neue Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte zeigen aber jetzt erstmals, dass massereiche Sterne offenbar überall entstehen können.

NGC 4254

VLT-Aufnahme der Galaxie NGC 4254. Die untersuchten Sternentstehungsgebiete in der Galaxie sind gekennzeichnet.
Foto: ESO
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Über den Anfang des Universums sind sich alle Astronomen inzwischen einig: Der Kosmos entstand vor rund 15 Milliarden Jahren im so genannten Urknall. Doch wie sich nun aus dieser Ursuppe das entwickelt hat, was wir heute rund um uns herum beobachten, ist den Forschern teilweise noch ein Rätsel. So gab es beispielsweise nach dem Urknall nur die Elemente Wasserstoff, Helium und ein wenig Lithium - und das ist im wesentlichen bis heute so geblieben. Schwerere Elemente als Helium, von Astronomen generell als "Metalle" bezeichnet, entstanden erst durch Fusionsprozesse in Sternen, die schwersten Elemente gar nur durch gewaltige Sternenexplosionen, die Supernovae.

Die chemische Entwicklung einer Galaxie, also der Prozess, in dem verschiedene Elemente entstehen und sich verteilen, kommt am schnellsten in Gebieten voran, in denen es gewaltige Sternentstehungsvorgänge gibt. In Regionen in denen Sterne nur sehr selten entstehen, muss man wesentlich länger warten, bis sich eine bestimmte Menge an Metallen angesammelt hat. So dauerte es in der recht ruhigen Region unserer Milchstraße, in der unsere Sonne vor 4,6 Milliarden Jahren geboren wurde, rund zehn Milliarden Jahre, bis alle die Elemente in der Häufigkeit vorhanden waren, wie wir sie heute beobachten. In anderen Regionen oder gar in aktiven Galaxien kann eine vergleichbare Häufigkeit von schweren Elementen - oder sogar eine deutlich höhere - schon in ein bis zwei Milliarden Jahren erreicht werden.

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Doch wie gehen die Sternentstehungsprozesse in solchen sehr metallreichen Regionen vor sich? Entstehen Sonnen hier genauso wie in weniger metallreichen Regionen und werden sie daher auch das gleiche Spektrum von Massen aufweisen? So glauben einige Astronomen beispielsweise, dass in metallreichen Regionen Sterne mit mehr als der 20 bis 30fachen Masse unserer Sonne nicht entstehen können. Zum Vergleich: In normaler Umgebung können Sterne anfängliche Massen von 100 bis 200facher Sonnenmasse erreichen. Ein Verständnis der Vorgänge in solchen metallreichen Sternentstehungsgebieten ist somit wichtig, um die chemische Entwicklung in galaktischen Zentren und die Eigenschaften von massereichen Galaxien zu verstehen.

Mit Hilfe des Very Large Telescopes der ESO auf dem Gipfel des Paranal in Chile haben europäische Astronomen nun eine ganze Reihe von metallreichen Sternentstehungsgebieten im Virgo-Galaxienhaufen in rund 50 Millionen Lichtjahren Entfernung untersucht. Zu ihrer Überraschung fanden die Forscher deutliche Hinweise darauf, dass in diesen Regionen sehr massereiche Sterne existieren. Dank der Viel-Spektren-Funktion des FORS1-Instrumentes am VLT-Teleskop Antu konnten die Forscher in nur einer Nacht die Spektren von 90 metallreichen Sternentstehungsregionen aufnehmen. 30 davon zeigten deutliche Signaturen für die Existenz von so genannten Wolf-Rayet-Sternen - einem besonderen Sternentyp, den man auch aus der Milchstraße kennt.

Wolf-Rayet-Sterne sind Nachkommen der massereichsten bekannten Sterne und die VLT-Spektren hatten eine solch gute Qualität, dass in einem Sternentstehungsgebiet sogar zwei Wolf-Rayet-Sterne nachgewiesen werden konnten. Eine detaillierte Analyse ergab inzwischen, dass diese Sterne etwa die 60 bis 90fache Masse unserer Sonne haben und definitiv in der metallreichen Umgebung des Sternentstehungsgebietes geboren wurden. Zudem konnten die Forscher ermitteln, dass das Verhältnis der massereichen zu den weniger massereichen Sternen in diesen Regionen identisch ist, mit den Verhältnissen in normalen uns besser bekannten Regionen.

Für die Forscher zeigen diese VLT-Beobachtungen erstmals eindeutig, dass auch in metallreichen Umgebungen sehr massereiche Sterne entstehen können und es diese deswegen in metallreichen Regionen, wie etwa galaktischen Zentren oder massereichen Galaxien, auch geben muss. Da massereiche Sterne mit ihren starken Winden und Magnetfeldern entscheidenden Einfluss auf ihre Umgebung haben und nicht zuletzt - über den Umweg der Supernova-Explosion - für die Produktion der schwersten Elemente im Universum verantwortlich sind, dürften diese neuen Ergebnisse für viele Bereiche der Astronomie eine wichtige Rolle spielen.

Links im WWW
Original Pressemitteilung der ESO
Europäische Südsternwarte
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