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Wissenschaftler haben lange verstanden, dass sich Sterne bilden, wenn interstellare Materie in riesigen Wolken aus molekularem Wasserstoff durch Gravitation kollabiert. Wie halten sie die Gas- und Staubwolken aufrecht, die ihr Wachstum nähren, ohne alles wegzublasen? Das Problem erweist sich jedoch als weniger mysteriös als es einmal schien. Eine Studie, die diese Woche in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, zeigt, wie das Wachstum eines massiven Sterns trotz des nach außen fließenden Strahlungsdrucks ablaufen kann, der die Gravitationskraft übersteigt, die das Material nach innen zieht.
Die neuen Erkenntnisse erklären auch, warum massive Sterne in binären oder Mehrsternsystemen auftreten, sagte der Hauptautor Mark Krumholz, Assistenzprofessor für Astronomie und Astrophysik an der University of California in Santa Cruz. Mitautoren sind Richard Klein, Christopher McKee und Stella Offner von der UC Berkeley sowie Andrew Cunningham vom Lawrence Livermore National Laboratory.
Der Strahlungsdruck ist die Kraft, die elektromagnetische Strahlung auf die Oberflächen ausübt, auf die sie trifft. Dieser Effekt ist für gewöhnliches Licht vernachlässigbar, wird jedoch im Inneren von Sternen aufgrund der Intensität der Strahlung signifikant. Bei massereichen Sternen ist der Strahlungsdruck die dominierende Kraft, die der Schwerkraft entgegenwirkt, um den weiteren Zusammenbruch des Sterns zu verhindern.
"Wenn Sie den Strahlungsdruck eines massiven Sterns auf das staubige interstellare Gas um ihn herum anwenden, das viel undurchsichtiger ist als das interne Gas des Sterns, sollte es die Gaswolke explodieren lassen", sagte Krumholz. Frühere Studien deuteten darauf hin, dass der Strahlungsdruck die Rohstoffe der Sternentstehung wegblasen würde, bevor ein Stern viel größer als das 20-fache der Sonnenmasse werden könnte. Dennoch beobachten Astronomen Sterne, die viel massereicher sind.
Das Forschungsteam hat jahrelang komplexe Computercodes entwickelt, um die Prozesse der Sternentstehung zu simulieren. In Kombination mit Fortschritten in der Computertechnologie konnten sie mit ihrer neuesten Software (ORION) eine detaillierte dreidimensionale Simulation des Zusammenbruchs einer riesigen interstellaren Gaswolke unter Bildung eines massiven Sterns durchführen. Das Projekt benötigte monatelange Rechenzeit im San Diego Supercomputer Center.
Die Simulation zeigte, dass beim Kollabieren des staubigen Gases auf den wachsenden Kern eines massiven Sterns, wobei der Strahlungsdruck nach außen drückt und die Schwerkraft Material hineinzieht, Instabilitäten entstehen, die zu Kanälen führen, in denen Strahlung durch die Wolke in den interstellaren Raum bläst, während das Gas weiter fällt nach innen durch andere Kanäle.
"Sie können sehen, wie Gasfinger hineinfallen und Strahlung zwischen diesen Gasfingern austritt", sagte Krumholz. "Dies zeigt, dass Sie keine exotischen Mechanismen benötigen. Massive Sterne können sich durch Akkretionsprozesse bilden, genau wie Sterne mit geringer Masse. “
Die Rotation der Gaswolke beim Zusammenbruch führt zur Bildung einer Materialscheibe, die sich auf den wachsenden „Protostern“ speist. Die Scheibe ist jedoch gravitativ instabil, was dazu führt, dass sie sich verklumpt und eine Reihe kleiner Sekundärsterne bildet, von denen die meisten mit dem zentralen Protostern kollidieren. In der Simulation wurde ein Sekundärstern massiv genug, um sich zu lösen und eine eigene Scheibe zu erwerben, die zu einem massiven Begleitstern heranwuchs. Ein dritter kleiner Stern bildete sich und wurde in eine weite Umlaufbahn ausgestoßen, bevor er zurückfiel und mit dem Primärstern verschmolz.
Als die Forscher die Simulation stoppten, nachdem sie sich 57.000 Jahre lang simuliert hatten, hatten die beiden Sterne eine Masse von 41,5 und 29,2 mal der Masse der Sonne und kreisten in einer ziemlich weiten Umlaufbahn umeinander.
"Was sich in der Simulation gebildet hat, ist eine übliche Konfiguration für massive Sterne", sagte Krumholz. „Ich denke, wir können jetzt das Rätsel lösen, wie sich massive Sterne bilden können, um gelöst zu werden. Das Alter der Supercomputer und die Fähigkeit, den Prozess in drei Dimensionen zu simulieren, machten die Lösung möglich. “
Quelle: UC Santa Cruz
