Sternhaufen verschleudern ihre Giganten

Neue Studie löst Rätsel über die räumlichen Verteilung von hellen kurzlebigen Riesensternen in der Milchstraße

Bonn – Im Vergleich zu einigen ihrer Artgenossen ist unsere Sonnen geradezu ein Winzling: Manche Sterne erreichen die zehnfache Masse unseres Fehler, Gruppe existiert nicht! Überprüfen Sie Ihre Syntax! (ID: 2)Zentralgestirns, einige sogar das 200-fache. Diese Sterne können so hell scheinen, wie eine Million Sonnen. Diese Strahlkraft erkaufen sie sich freilich mit einem ziemlich kurzen

Leben. Nach nur ein paar Millionen Jahren explodieren sie als Supernovae und hinterlassen Neutronensterne oder schwarze Löcher. Die räumliche Verteilung dieser hellsten kurzlebigen Sterne ist von großer Bedeutung, weil sie enormen Einfluss haben auf die Entwicklung von Galaxien – wie sie zustande kommt, war dagegen bisher ein Rätsel, das nun ein Team aus Astrophysikern der Universität Bonn gelöst haben könnte: die Riesensterne schleudern sich offenbar wie Billardkugeln gegenseitig aus Sternhaufen heraus.

Unter Astronomen ist umstritten, wie diese außerordentlich hellen Sonnen entstehen. Da man eine bedeutende Anzahl dieser Sterne fern von jedem bekannten jungen Sternhaufen findet, vertreten einige die These, dass solche Sterne sich durch Zufall alleine dort gebildet haben. Andere sind dagegen der Auffassung, dass die Schwergewichte sich nur in dichten, sehr jungen, von Gas eingebetteten Sternhaufen bilden. Dies allerdings widerspricht der beobachteten großräumigen Verteilung der schweren Sterne innerhalb unserer Galaxie.

Pavel Kroupa vom Helmholtz-Institut für Strahlen und Kernphysik (HISKP) der Universität Bonn konnte nun mit seinen Mitarbeitern Seungkyung Oh und Jan Pflamm-Altenburg erstmals eine Lösung für dieses Dilemma präsentieren. Dazu haben die Forscher Computermodelle von ganzen Populationen von Sternhaufen – wie man sie in der Milchstraße findet – insgesamt drei Jahre lang errechnet. Die Ergebnisse sind auch repräsentativ für ähnliche Galaxien.

Tanzende Sterne

Das Forscherteam konnte zeigen, wie sich die Verteilung der schweren Sterne ergibt: Sie schleudern sich offenbar gegenseitig aus den Haufen heraus. "Die sehr jungen Sternhaufen wirken wie Beschleuniger, wie eine Art kosmischer Booster", sagt Kroupa. In den sehr dichten Zentren der Haufen begegnen sich die umherschwirrenden Sternenschwergewichte häufig und tauschen dabei erhebliche Mengen an Bewegungs- und Gravitationsbindungsenergie aus.

Die meisten dieser schweren Sterne sind nicht als Einzelgänger unterwegs, sondern kreisen mit einem Sternenpartner wie bei einem Wiener Walzer sehr nah umeinander herum. "All diese Tanzpaare sind durch die Gravitation aneinander gebunden und besitzen enorme Bindungsenergien", erläutert der Astrophysiker der Universität Bonn. Wenn sich solche Paare begegnen, brechen einige umeinander kreiselnde Partner auseinander, andere schmiegen sich aber noch enger aneinander – oder die Sterne verschmelzen sogar. In solchen Fällen nimmt die potentielle Energie zwischen den Partner noch mehr zu, die sich dann auch auf ein anderes Sternensystem oder einen Einzelstern übertragen kann.

Rasende Riesen

Wie bei einem Billardspiel überträgt sich der Impuls der Kugeln aufeinander: Wenn viele Kugeln zusammenprallen, wird häufig eine mit hoher Geschwindigkeit aus der Ansammlung herausgeschossen. So können Schwergewichtsterne mit mehr als einer Million Stundenkilometer durch die Milchstraße rasen. Die meisten Sterne wandern dagegen nur mit rund 70.000 Stundenkilometer, bezogen auf die anderen Sterne.

Als besonders interessantes Ergebnis der äußerst detaillierten Berechnungen zeigt sich eine bisher unbekannte besonders starke Reaktion: Sternhaufen, wie der sehr junge Trapezhaufen im Schwert des Orions, schießen besonders viele ihrer schwersten Sterne heraus; in einigen Fällen sogar alle. Das Forscherteam der Universität Bonn sieht die Ergebnisse als Bestätigung, dass schwere Sterne nicht zufällig irgendwo in einer Galaxie entstehen können, obwohl man sie dort findet. "Diese Resultate sind für das Verständnis der Entwicklung der Galaxien von großer Bedeutung", sagt Kroupa.

(red, derStandard.at, 3.4.2015)