Staub ist überall im Weltraum, aber das allgegenwärtige Zeug ist eine Sache, über die Astronomen wenig wissen. "Wir wissen nicht nur nicht, was das Zeug ist, sondern wir wissen auch nicht, wo es hergestellt wird oder wie es in den Weltraum gelangt", sagte Donald York, Professor an der Universität von Chicago. Aber jetzt haben York und eine Gruppe von Mitarbeitern ein Doppelsternsystem, HD 44179, beobachtet, das möglicherweise eine Staubfontäne erzeugt. Die Entdeckung hat weitreichende Auswirkungen, da Staub für wissenschaftliche Theorien über die Entstehung von Sternen von entscheidender Bedeutung ist.
Das Doppelsternsystem befindet sich im sogenannten Roten Rechteck, einem Nebel voller Gas und Staub, der sich ungefähr 2.300 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet.
Einer der Doppelsterne ist ein postasymptotischer Riesenaststern (Post-AGB), eine Art Sternastronomen, die als wahrscheinliche Staubquelle angesehen wird. Diese Sterne haben im Gegensatz zur Sonne bereits den gesamten Wasserstoff in ihren Kernen verbrannt und sind zusammengebrochen und haben einen neuen Brennstoff, Helium, verbrannt.
Während des Übergangs zwischen brennendem Wasserstoff und Helium, der über Zehntausende von Jahren stattfindet, verlieren diese Sterne eine äußere Schicht ihrer Atmosphäre. In dieser Kühlschicht kann sich Staub bilden, dessen Strahlungsdruck aus dem Inneren des Sterns den Staub zusammen mit einer angemessenen Menge Gas vom Stern wegdrückt.
In Doppelsternsystemen kann sich um den zweiten kleineren, sich langsamer entwickelnden Stern eine Materialscheibe aus dem Post-AGB-Stern bilden. "Wenn sich in der Astronomie Scheiben bilden, bilden sie häufig Düsen, die einen Teil des Materials aus dem ursprünglichen System herausblasen und das Material im Weltraum verteilen", erklärte York.
"Wenn eine Gas- und Staubwolke unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenbricht, wird sie sofort heißer und beginnt zu verdampfen", sagte York. Etwas, möglicherweise Staub, muss die Wolke sofort abkühlen, damit sie sich nicht wieder erwärmt.
Der riesige Stern im Roten Rechteck gehört zu denen, die viel zu heiß sind, um Staubkondensation in ihrer Atmosphäre zuzulassen. Und doch umgibt ihn ein riesiger Ring aus staubigem Gas.
Witts Team hat über einen Zeitraum von sieben Jahren mit dem 3,5-Meter-Teleskop am Apache Point Observatory in New Mexico ungefähr 15 Stunden lang Beobachtungen auf dem Doppelstern durchgeführt. "Unsere Beobachtungen haben gezeigt, dass es höchstwahrscheinlich die Gravitations- oder Gezeitenwechselwirkung zwischen unserem Riesenstern des Roten Rechtecks und einem nahen sonnenähnlichen Begleitstern ist, die dazu führt, dass Material die Hülle des Riesen verlässt", sagte der Mitarbeiter Adolph Witt von der Universität Toledo.
Ein Teil dieses Materials landet in einer Staubscheibe, die den kleineren Begleitstern umgibt. Über einen Zeitraum von ungefähr 500 Jahren wandelt sich das Material allmählich in den kleineren Stern.
Kurz bevor dies geschieht, stößt der kleinere Stern einen kleinen Teil der angesammelten Materie über zwei gasförmige Strahlen, sogenannte „bipolare Strahlen“, in entgegengesetzte Richtungen aus.
Andere Mengen der Materie, die aus dem Umschlag des Riesen gezogen werden, landen in einer Scheibe, die beide Sterne umgibt und dort abkühlt. "Die schweren Elemente wie Eisen, Nickel, Silizium, Kalzium und Kohlenstoff kondensieren zu festen Körnern, die wir als interstellaren Staub betrachten, sobald sie das System verlassen", erklärte Witt.
Die kosmische Staubproduktion hat sich der teleskopischen Erkennung entzogen, da sie nur etwa 10.000 Jahre dauert - eine kurze Zeitspanne im Leben eines Sterns. Astronomen haben andere Objekte beobachtet, die dem Roten Rechteck in der Nachbarschaft der Milchstraße der Erde ähnlich sind. Dies deutet darauf hin, dass der Prozess, den Witts Team beobachtet hat, im Laufe der Lebensdauer der Galaxie ziemlich häufig ist.
"Prozesse, die denen im Nebel des Roten Rechtecks sehr ähnlich sind, haben sich seit der Entstehung der Milchstraße möglicherweise hunderte Millionen Mal ereignet", sagte Witt, der sich für die Studie mit langjährigen Freunden in Chicago zusammengetan hatte.
Das Team hatte sich zum Ziel gesetzt, ein relativ bescheidenes Ziel zu erreichen: die Quelle der Fern-Ultraviolett-Strahlung des Roten Rechtecks zu finden. Das Rote Rechteck zeigt verschiedene Phänomene, die fern-ultraviolette Strahlung als Stromquelle erfordern. "Das Problem ist, dass der sehr leuchtende Zentralstern im Roten Rechteck nicht heiß genug ist, um die erforderliche UV-Strahlung zu erzeugen", sagte Witt, und er und seine Kollegen machten sich auf die Suche.
Es stellte sich heraus, dass keiner der Sterne im binären System die Quelle der UV-Strahlung ist, sondern der heiße innere Bereich der Scheibe, der um die Sekundärseite herumwirbelt und Temperaturen nahe 20.000 Grad erreicht. Ihre Beobachtungen, sagte Witt, "waren viel produktiver, als wir es uns in unseren wildesten Träumen hätten vorstellen können."
Quelle: Universität von Chicago
