Astronomen zeichnen Blasen auf einer Sternoberfläche auf

Zum ers­ten Mal haben Astro­nom­in­nen und Astro­no­men Bil­der eines Sterns, der nicht die Son­ne ist, in einer so hohen Auf­lö­sung auf­ge­nom­men, dass die Bewe­gung von bro­deln­dem Gas auf sei­ner Ober­flä­che zu erken­nen ist. Die Bil­der des Sterns R Dora­dus wur­den im Juli und August 2023 mit dem Ata­ca­ma Lar­ge Millimeter/submillimeter Array (ALMA), einem Tele­skop, zu des­sen Besit­zern die Euro­päi­sche Süd­stern­war­te (ESO) gehört, auf­ge­nom­men. Auf ihnen sind rie­si­ge, hei­ße Gas­bla­sen zu sehen, die 75-mal so groß sind wie die Son­ne. Sie tau­chen auf der Ober­flä­che auf und sin­ken schnel­ler als erwar­tet wie­der in das Inne­re des Sterns zurück.

„Dies ist das ers­te Mal, dass die bro­deln­de Ober­flä­che eines ech­ten Sterns auf die­se Wei­se dar­ge­stellt wer­den kann“, [1] sagt Wou­ter Vlem­mings, Pro­fes­sor an der Chal­mers Uni­ver­si­ty of Tech­no­lo­gy in Schwe­den und Haupt­au­tor der heu­te in Natu­re ver­öf­fent­lich­ten Stu­die. „Wir hät­ten nie erwar­tet, dass die Daten von so hoher Qua­li­tät sind, dass wir so vie­le Details der Kon­vek­ti­on auf der Stern­ober­flä­che sehen können.“

Ster­ne gewin­nen in ihren Zen­tren durch Kern­fu­si­on Ener­gie. Die­se Ener­gie kann in rie­si­gen, hei­ßen Gas­bla­sen zur Ober­flä­che des Sterns trans­por­tiert wer­den, die dann abküh­len und absin­ken – wie eine Lava­lam­pe. Die­se als Kon­vek­ti­on bezeich­ne­te Durch­mi­schung ver­teilt die im Kern gebil­de­ten schwe­ren Ele­men­te wie Koh­len­stoff und Stick­stoff im gesam­ten Stern. Sie soll auch für die Stern­win­de ver­ant­wort­lich sein, die die­se Ele­men­te in den Kos­mos beför­dern, um neue Ster­ne und Pla­ne­ten zu bilden.

Bis jetzt wur­den Kon­vek­ti­ons­be­we­gun­gen bei ande­ren Ster­nen als der Son­ne noch nie im Detail beob­ach­tet. Mit ALMA erstell­te das Team im Lau­fe eines Monats hoch­auf­lö­sen­de Bil­der der Ober­flä­che von R Dora­dus. R Dora­dus ist ein Roter Rie­se mit einem Durch­mes­ser, der etwa dem 350-fachen der Son­ne ent­spricht, und befin­det sich etwa 180 Licht­jah­re von der Erde ent­fernt im Stern­bild Schwert­fisch (Dora­do). Sei­ne Grö­ße und sei­ne Nähe zur Erde machen ihn zu einem idea­len Ziel für detail­lier­te Beob­ach­tun­gen. Fer­ner weist er eine ähn­li­che Mas­se wie die Son­ne auf, was bedeu­tet, dass R Dora­dus wahr­schein­lich in etwa so aus­sieht wie unse­re Son­ne in fünf Mil­li­ar­den Jah­ren, wenn sie zu einem Roten Rie­sen wird.

„Kon­vek­ti­on erzeugt die wun­der­schö­ne kör­ni­ge Struk­tur, die auf der Ober­flä­che unse­rer Son­ne zu sehen ist, aber bei ande­ren Ster­nen ist sie schwer zu erken­nen“, fügt Theo Khou­ri hin­zu, ein For­scher am Chal­mers-Insti­tut und Mit­au­tor der Stu­die. „Mit ALMA konn­ten wir nun nicht nur die kon­vek­ti­ven Körn­chen direkt sehen – mit einer Grö­ße, die 75-mal so groß ist wie die unse­rer Son­ne! – son­dern auch zum ers­ten Mal mes­sen, wie schnell sie sich bewegen.“

Die Gra­nu­len von R Dora­dus schei­nen sich in einem ein­mo­na­ti­gen Zyklus zu bewe­gen, was schnel­ler ist, als Wis­sen­schaft­ler auf­grund der Funk­ti­ons­wei­se der Kon­vek­ti­on in der Son­ne erwar­tet hat­ten. „Wir wis­sen bis­her nicht, woher der Unter­schied kommt. Es scheint, dass sich die Kon­vek­ti­on mit zuneh­men­dem Alter eines Sterns auf eine Wei­se ver­än­dert, die wir bis­lang nicht ver­ste­hen“, sagt Vlem­mings. Beob­ach­tun­gen wie die von R Dora­dus hel­fen uns zu erken­nen, wie sich Ster­ne wie die Son­ne ver­hal­ten, obwohl sie so kühl, groß und bro­delnd wer­den wie R Doradus.

„Es ist spek­ta­ku­lär, dass wir jetzt die Details auf der Ober­flä­che von fer­nen Ster­nen direkt abbil­den und phy­si­ka­li­sche Vor­gän­ge beob­ach­ten kön­nen, die bis­her meist nur bei unse­rer Son­ne zu erken­nen waren“, so Behzad Boj­no­di Arbab, ein Dok­to­rand an der Chal­mers Uni­ver­si­ty, der eben­falls an der Stu­die betei­ligt war.

Anmerkungen

[1] Kon­vek­ti­ons­bla­sen wur­den bereits zuvor im Detail auf der Ober­flä­che von Ster­nen beob­ach­tet, unter ande­rem mit dem PIO­NIER-Instru­ment am Very Lar­ge Telescope Inter­fe­ro­me­ter der ESO. Die neu­en ALMA-Beob­ach­tun­gen ver­fol­gen jedoch die Bewe­gung der Bla­sen auf eine zuvor nicht erreich­ba­re Weise.

Hintergrundinformationen

Die­se Stu­die wur­de in einem Arti­kel mit dem Titel „One month con­vec­tion times­ca­le on the sur­face of a giant evol­ved star“ vor­ge­stellt, der in Natu­re (doi:10.1038/s41586-024–07836‑9) erschei­nen wird.

Das Team besteht aus W. Vlem­mings (Chal­mers Uni­ver­si­ty of Tech­no­lo­gy, Schwe­den [Chal­mers]), T. Khou­ri (Chal­mers), B. Boj­nor­di (Chal­mers), E. De Beck (Chal­mers) und M. Maercker (Chal­mers).

Das Ata­ca­ma Lar­ge Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine inter­na­tio­na­le astro­no­mi­sche Ein­rich­tung, die gemein­sam von der ESO, der US-ame­ri­ka­ni­schen Natio­nal Sci­ence Foun­da­ti­on (NSF) der USA und den japa­ni­schen Natio­nal Insti­tu­tes of Natu­ral Sci­en­ces (NINS) in Koope­ra­ti­on mit der Repu­blik Chi­le betrie­ben wird. Getra­gen wird ALMA von der ESO im Namen ihrer Mit­glieds­län­der, von der NSF in Zusam­men­ar­beit mit dem kana­di­schen Natio­nal Rese­arch Coun­cil (NRC), dem Natio­nal Sci­ence and Tech­no­lo­gy Coun­cil (NSTC) und NINS in Koope­ra­ti­on mit der Aca­de­mia Sini­ca (AS) in Tai­wan sowie dem Korea Astro­no­my and Space Sci­ence Insti­tu­te (KASI). Bei Ent­wick­lung, Auf­bau und Betrieb ist die ESO feder­füh­rend für den euro­päi­schen Bei­trag, das Natio­nal Radio Astro­no­my Obser­va­to­ry (NRAO), das sei­ner­seits von Asso­cia­ted Uni­ver­si­ties, Inc. (AUI) betrie­ben wird, für den nord­ame­ri­ka­ni­schen Bei­trag und das Natio­nal Astro­no­mic­al Obser­va­to­ry of Japan (NAOJ) für den ost­asia­ti­schen Bei­trag. Dem Joint ALMA Obser­va­to­ry (JAO) obliegt die über­grei­fen­de Pro­jekt­lei­tung für den Auf­bau, die Inbe­trieb­nah­me und den Beob­ach­tungs­be­trieb von ALMA.

Die Euro­päi­sche Süd­stern­war­te (ESO) befä­higt Wissenschaftler*innen welt­weit, die Geheim­nis­se des Uni­ver­sums zum Nut­zen aller zu ent­de­cken. Wir ent­wer­fen, bau­en und betrei­ben Obser­va­to­ri­en von Welt­rang, die Astro­nom­in­nen und Astro­no­men nut­zen, um span­nen­de Fra­gen zu beant­wor­ten und die Fas­zi­na­ti­on der Astro­no­mie zu wecken, und wir för­dern die inter­na­tio­na­le Zusam­men­ar­beit in der Astro­no­mie. Die ESO wur­de 1962 als zwi­schen­staat­li­che Orga­ni­sa­ti­on gegrün­det und wird heu­te von 16 Mit­glied­staa­ten (Bel­gi­en, Däne­mark, Deutsch­land, Frank­reich, Finn­land, Irland, Ita­li­en, den Nie­der­lan­den, Öster­reich, Polen, Por­tu­gal, Schwe­den, der Schweiz, Spa­ni­en, der Tsche­chi­schen Repu­blik und dem Ver­ei­nig­ten König­reich) sowie dem Gast­land Chi­le und Aus­tra­li­en als stra­te­gi­schem Part­ner unter­stützt. Der Haupt­sitz der ESO und ihr Besu­cher­zen­trum und Pla­ne­ta­ri­um, die ESO Super­no­va, befin­den sich in der Nähe von Mün­chen in Deutsch­land, wäh­rend die chi­le­ni­sche Ata­ca­ma-Wüs­te, ein wun­der­ba­rer Ort mit ein­zig­ar­ti­gen Bedin­gun­gen für die Him­mels­be­ob­ach­tung, unse­re Tele­sko­pe beher­bergt. Die ESO betreibt drei Beob­ach­tungs­stand­or­te: La Sil­la, Par­anal und Cha­jnan­tor. Am Stand­ort Par­anal betreibt die ESO das Very Lar­ge Telescope und das dazu­ge­hö­ri­ge Very Lar­ge Telescope Inter­fe­ro­me­ter sowie Durch­mus­te­rungs­te­le­sko­pe wie z. B. VISTA. Eben­falls am Par­anal wird die ESO das Che­ren­kov Telescope Array South betrei­ben, das größ­te und emp­find­lichs­te Gam­ma­strah­len-Obser­va­to­ri­um der Welt. Zusam­men mit inter­na­tio­na­len Part­nern betreibt die ESO auf Cha­jnan­tor APEX und ALMA, zwei Ein­rich­tun­gen zur Beob­ach­tung des Him­mels im Mil­li­me­ter- und Sub­mil­li­me­ter­be­reich. Auf dem Cer­ro Arma­zo­nes in der Nähe von Par­anal bau­en wir „das größ­te Auge der Welt am Him­mel“ – das Extre­me­ly Lar­ge Telescope der ESO. Von unse­ren Büros in Sant­ia­go, Chi­le, aus unter­stüt­zen wir unse­re Akti­vi­tä­ten im Land und arbei­ten mit chi­le­ni­schen Part­nern und der Gesell­schaft zusammen.

MN

Links

• For­schungs­ar­ti­kel
• Fotos von ALMA

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