Sind die „tanzenden“ Stars zu „langweilig“? Vielleicht ist es zu dick...

Ist der Tanz des roten Überriesen ein Todeskampf oder ein blendender Ausbruch?

Rote Überriesen „tanzen“, weil sie zu viel Gas enthalten und das von ihnen erzeugte Licht überall hin schwankt, was es schwierig macht, sie umzukehren.

Künstlerische Darstellung eines Exoplaneten, der einen roten Überriesenstern umkreist. Das helle Licht in der Ferne stammt von einem Stern ähnlicher Größe.

(Fotoquelle: Bixiu.com)

Wissenschaftler können möglicherweise endlich erklären, warum manche massereiche Sterne über den Himmel zu tanzen scheinen, obwohl sie sich in Wirklichkeit nicht bewegen. Einer neuen Studie zufolge haben diese Sterne ungewöhnliche, blasenartige Kerne, die ihre Oberflächen wackeln lassen und die Menge des von ihnen emittierten Lichts verändern.

Diese tanzenden Sterne werden Rote Überriesen genannt, massereiche Objekte, die sich ausgedehnt und dann abgekühlt haben und sich dem Ende ihres Lebens nähern. Diese Sterne besitzen etwa die achtfache Masse der Sonne und könnten einen Durchmesser von bis zu 700 Sonnenmetern haben – eine Größe, die der Sonnenoberfläche über die Umlaufbahn des Mars hinaus entspricht (an der Position der Sonne würde er nach und nach Merkur, Venus, Erde und Mars verschlingen). Doch trotz ihrer enormen Größe ist es eine Herausforderung, den genauen Standort dieser langsam sterbenden Riesen zu bestimmen.

Normalerweise können Astronomen die ungefähre Position eines Sterns bestimmen, indem sie sein optisches Zentrum identifizieren, also den Mittelpunkt des von ihm ausgestrahlten Lichts. Dieses stimmt normalerweise genau mit seinem Gravitationszentrum oder Baryzentrum überein. Bei den meisten Sternen hat das optische Zentrum eine feste Position. Bei roten Überriesen hingegen taumeln diese Punkte über den Stern und bewegen sich im Laufe der Zeit ständig auf eine Seite. Der Massenmittelpunkt des Sterns zeigt seine genaue Position im Universum und taumelt nicht wie der optische Mittelpunkt, aber diese Bewegung des optischen Mittelpunkts macht es sehr schwierig, den Gravitationsmittelpunkt zu bestimmen.

In der neuen Studie verglichen die Forscher „tanzende“ rote Überriesen mit kleineren Hauptreihensternen – Sternen in einer stabileren Phase ihres Lebens. Mithilfe von Daten des ESA-Weltraumobservatoriums Gaia untersuchten Wissenschaftler Sterne im Perseus-Haufen – einem dichten Sternhaufen 7.500 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt.

„Wir haben festgestellt, dass die Unsicherheit bei den Positionen roter Überriesen viel größer ist als bei anderen Sternen“, sagte Rolf Kudriski, Co-Autor der Studie, Astronom an der Universität von Hawaii und Direktor des Instituts für Astrophysik, Teilchen- und Biophysik in München, in einer Erklärung. Um die zugrundeliegende Logik dieser Sternschwankungen zu entdecken, erstellte das Team Karten der Oberflächenintensitäten roter Überriesen, maß und berechnete die von ihnen emittierte Strahlung und verwendete einen Strömungsdynamiksimulator, um die Schwankungen in ihren dreidimensionalen Schalen darzustellen.

Diese Karten zeigen, dass die Oberflächen roter Überriesen extrem dynamisch sind. Viele große Gasstrukturen bilden sich und verschwinden mit der Zeit wieder. Dabei stoßen sie mehr und energiereichere Eruptionen aus als irgendwo sonst auf der Oberfläche. Diese kurzlebigen, aber dennoch leistungsstarken Strukturen leuchten heller als der Rest der Sternoberfläche und verursachen eine Verschiebung des optischen Zentrums des Sterns: Wenn eine helle Struktur links von einem roten Überriesen aufblitzt, verschiebt sich ihr optisches Zentrum nach links.

Eine der Oberflächenkarten, die während der Forschung erstellt wurden. Das Video zeigt, wie sich die Oberfläche eines roten Überriesensterns im Laufe von Monaten und Jahren verändert. Die hellorangen und gelben Bereiche haben eine höhere Intensität und erzeugen mehr Licht als die roten und schwarzen Bereiche mit geringerer Intensität.

(Bildquelle: A. Chiawasa et al. 2022)

Die enorme Größe roter Überriesen könnte erklären, warum dies geschieht. Die Außenschalen der meisten Sterne bestehen aus Tausenden nebeneinanderliegenden Konvektionszellen – kleinen, länglichen Bereichen wirbelnden Gases (hauptsächlich Wasserstoff und Helium), die heißeres Gas aus dem Inneren des Sterns an seine Außenfläche transportieren, wo es abkühlt und wieder nach unten sinkt, wie Blasen in einer Lavalampe.

Aufgrund der enormen Größe roter Überriesen ist die Schwerkraft an ihrer Oberfläche jedoch viel schwächer als in ihrem Kern. Daher sind ihre Konvektionszellen viel größer als die anderer Sterne und nehmen etwa 20 bis 30 % des Radius eines Roten Überriesen selbst oder 40 bis 60 % seines Durchmessers ein. Der Studie zufolge können größere Konvektionszellen mehr Gas an die Oberfläche des Sterns transportieren und dadurch helle Strukturen mit einer Intensität erzeugen, die ausreicht, um eine Verschiebung des optischen Zentrums des Sterns zu verursachen.

Die Daten des Teams zeigten, dass die Größe dieser Oberflächenstrukturen variiert, was bestimmt, wie lange sie in der Nähe bleiben. „Die größten Strukturen bleiben typischerweise Monate oder sogar Jahre bestehen, während sich kleinere Strukturen innerhalb von Wochen entwickeln“, sagte Hauptautor Andrea Chiavassa, Astronom am Lagrange-Labor von Riess und am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPIA) in München, in der Erklärung. „Dies deutet darauf hin, dass sich die Position des optischen Zentrums dieser Sterne ständig ändert.“

Dieses Video zeigt, wie sich das optische Zentrum eines roten Überriesensterns im Laufe der Zeit bewegt, sodass es so aussieht, als würde er im Raum taumeln.

(Bildquelle: A. Chiawasa et al. 2022)

Astronomen vermuten, dass Rote Überriesen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Galaxien spielen. Diese massereichen Sterne stoßen enorme Mengen an Gas und schweren Elementen aus, die für die Entstehung neuer Sterne und Exoplaneten von entscheidender Bedeutung sind. Große, helle Oberflächenstrukturen von Überriesensternen tragen wahrscheinlich zu den Eruptionsvorgängen bei, die diese wichtigen Materialien freisetzen. Zukünftige Untersuchungen dieser Sternschwankungen könnten auch dazu beitragen, den genauen Prozess zu entschlüsseln, durch den sie entstehen.

„Die Regelmäßigkeit des Tanzes dieser roten Riesensterne über den Himmel kann uns mehr über ihre kochenden äußeren Krusten verraten“, sagte die Co-Autorin der Studie, Thelma de Minck, Direktorin des MPIA, in der Erklärung. „Wir werden in der Lage sein, mehr entscheidende Informationen über die Dynamik der Sterne zu gewinnen und die physikalischen Prozesse, die die intensiven Konvektionsbewegungen dieser Sterne verursachen, besser zu verstehen.“

VON: Harry Baker

FY: Nyarlathotep ist unerhört

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