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Allgemein

Der Trümmerstern

Entdeckungen bei Eta Carinae. Der Superstern am Südhimmel steht kurz vor einer Explosion. Abgesprengte Gas- und Staubmassen geben schon heute Zeugnis von ungeheuren Energieausbrüchen. Doch Astronomen rätseln noch, was genau sich hinter den Trümmerwolken verbirgt.

In einem kosmischen Guiness-Buch der Rekorde und Superlative wäre für Eta Carinae im Sternbild Schiffskiel am Südhimmel ein prominenter Platz reserviert. „Kein anderer Stern reicht an Eta Carinae heran“, schwärmt Kris Davidson von der University of Minnesota. „Er ist viermillionenmal heller als die Sonne und somit einer der leuchtkräftigsten Sterne in der Milchstraße. Er ist einer der schwersten Sterne, die wir kennen. Und vor gut 150 Jahren ereignete sich dort die größte Explosion, die irgendein bekannter Stern überstanden hat. Kein anderer hat so viel Masse innerhalb so kurzer Zeit mit solcher Heftigkeit verloren.“ Eta Carinae produziert auch den Sternwind mit der größten bekannten Intensität im Radiowellenbereich und erzeugt Ultraviolett-Strahlung. Sie regt die Atome der Gaswolken in Eta Carinaes Umgebung sogar zur Abgabe von UV- Laserstrahlen an. Zwischen 1837 und 1856 verzeichneten Astronomen – darunter der Engländer John Frederick William Herschel, der Sohn des berühmten Entdeckers von Uranus – einen rapiden Helligkeitsanstieg von Eta Carinae. 1843 strahlte er einige Monate lang als zweithellster Stern am Nachthimmel. Nur Sirius war heller, obwohl Eta Carinae mit etwa 7500 Lichtjahren rund 80mal weiter entfernt ist als der Hundsstern. Dann nahm Eta Carinaes Leuchtkraft wieder ab, so daß er schließlich mit bloßem Auge nicht mehr sichtbar war. Seit 1940 steigt seine Helligkeit erneut an. Heute strahlt Eta Carinae rund fünfmillionenmal soviel Energie ab wie die Sonne, das meiste davon im infraroten Bereich des Spektrums. Eta Carinae ist die hellste bekannte Infrarotquelle außerhalb des Sonnensystems. Der Grund: Gewaltige Staub- und Gaswolken hüllen den Stern ein und verschlucken seine abgestrahlte Energie, die sie in Form von Wärmestrahlung wieder aussenden. Entstanden sind sie bei der Explosion vor 150 Jahren. Damals wurde das 10- bis 30fache der Masse unserer Sonne mit fast 1000 Kilometern pro Sekunde ins All geschleudert. Heute bilden die Trümmer einen hantelförmigen Nebel, den sogenannten Homunkulus-Nebel. Das Hubble-Weltraumteleskop hat eindrucksvolle Bilder von ihm aufgenommen. Die Hantelstruktur hat die Sternenforscher vor Rätsel gestellt. Eine mögliche Erklärung lautet, daß sie das Resultat einer Behinderung ist – nämlich die Folge eines Staubrings, der die Ausdehnung der ins All geschleuderten Trümmerwolke gürtelförmig einschnürte, so daß die Sternmaterie nur in Form von zwei gewaltigen Blasen oberhalb und unterhalb des Rings in den Weltraum entweichen konnte. Doch bislang gab es kein Indiz für die Existenz eines solchen Staubrings. Das hat sich nun geändert. Europäischen Astronomen unter der Leitung von Pat Morris von der Universität von Amsterdam ist es mit Hilfe von ISO gelungen, den Ring aufzuspüren. ISO, das Infrared Space Telescope der Europäischen Raumfahrtagentur ESA, machte von November 1995 bis zum Mai 1998 fast 30000 wissenschaftliche Infrarotaufnahmen, sowohl vom gesamten Himmel als auch von ausgewählten Objekten. Die Auswertung der Eta-Carinae-Bilder und -Spektren sowie weitere Messungen von der Europäischen Südsternwarte in Chile haben jetzt ergeben, daß der Staubring einen Radius von 5 Lichtjahren hat und ungefähr 15 Sonnenmassen schwer ist. Er hat auch eine andere chemische Zusammensetzung wie die Blasen, stellten Rens Waters und seine Mitarbeiter von der Universität Amsterdam fest. Sein Stickstoff-Anteil ist überdurchschnittlich groß, während Kohlenstoff und Sauerstoff unterrepräsentiert sind. Der Staubgürtel besteht also aus den Trümmern der abgesprengten Hülle von Eta Carinae, während die beiden hantelförmigen Blasen aus weiter innen liegenden Schichten stammen und deshalb auch später ins All geschleudert worden sind. Aus der Geschwindigkeit der Teilchen im Staubgürtel schließen die Forscher, daß er vor etwa 1000 bis 2000 Jahren entstanden ist. Was die Explosion von 1843 – und somit die Bildung der Blasen – auslöste, ist noch immer rätselhaft. Da der Staub die Sicht ins Innere behindert und aufgrund Eta Carinaes großer Distanz selbst das Auflösungsvermögen des Hubble-Weltraumteleskops nicht ausreicht, sind die Wissenschaftler auf indirekte Indizien angewiesen. Zwei Modelle versuchen zu erklären, was bei Eta Carinae geschah. Beide bauen auf einer 5,5jährigen Periodizität auf, die Augusto Damineli von der brasilianischen Universität São Paulo 1996 im Spektrum von Eta Carinae entdeckte. Das eine Modell geht davon aus, daß Eta Carinae ein rund 100 Sonnenmassen schwerer instabiler Einzelstern ist. Er wäre somit einem Geysir vergleichbar, der alle 5,5 Jahre Gas ausstößt. Freilich sind solche Prozesse bislang rätselhaft und haben auch nicht unbedingt etwas mit bekannten pulsierenden Sternen zu tun, deren Schwankung nur im Bereich von Monaten liegt. Doch es ist noch nicht einmal klar, ob sich die Periodizität auf Pulsationen oder auf die Rotationsdauer des Sterns zurückführen läßt. Das zweite Modell nimmt an, daß der Stern einen relativ weit entfernten Nachbarn hat, der ihn auf einer elliptischen Umlaufbahn alle 5,5 Jahre einmal umkreist. Damineli und seine Kollegen fanden Anzeichen von Dopplerverschiebungen in den Spektrallinien, die auf den Schwereeinfluß eines Begleitsterns zurückgehen könnten. Die Forscher vermuten, daß beide Sterne 70 Sonnenmassen wiegen und im Durchschnitt rund zwei Milliarden Kilometer voneinander entfernt sind. Das entspricht ungefähr dem Abstand von Uranus zur Sonne. In diesem Fall wäre Eta Carinae das schwerste bekannte Doppelsternsystem. Weil einer der Sterne den anderen überstrahlt, wäre nur der hellere sichtbar. Kris Davidson schloß aus den Dopplerverschiebungen auf eine Umlaufbahn mit nicht einmal 500 Millionen Kilometer Abstand zwischen den Sternen. Für Pat Morris paßt dieses zweite Modell gut zu den ISO-Messungen: „Es gibt Hinweise darauf, daß sich im Zentrum des Eta-Carinae-Nebels ein Doppelstern befindet. Die beiden Sterne haben stark elliptische Umlaufbahnen. Sie sind einander wohl sehr nahe gekommen – bis einer sich aufblähte, weil sich die Zusammensetzung des nuklearen Brennstoffs in seinem Inneren geändert hat. Dabei verlor der Stern durch die Schwerkraft-Wechselwirkungen einen großen Teil seiner Hülle, die den Staubring erzeugte. Dieses Ereignis hat wohl die Explosion mitbedingt, die Herschel im 19. Jahrhundert beobachtet hat. Es ist, als hätte sich der Stern sehr über seinen Masseverlust geärgert.“ Ein neues Fenster zu Eta Carinae öffnete der 1999 gestartete Röntgen-Satellit Chandra (bild der wissenschaft 12/1999, „Revolution in der Röntgenastronomie“). Die Aufnahmen des Observatoriums enthüllten drei Strukturen: einen hufeisenförmigen äußeren Ring von etwa zwei Lichtjahren Durchmesser, einen heißen inneren Kern von drei Lichtmonaten Ausdehnung und eine noch heißere Zentralquelle, die weniger als ein Lichtmonat groß ist und den Superstern enthält. Bei allen drei Röntgenquellen handelt es sich wohl um Schockwellen im Nebel, der Eta Carinae umgibt. Hier kollidieren Gasmassen miteinander, die mehrere hundert Kilometer pro Sekunde schnell sind. Die hufeisenförmige Struktur wird dabei auf drei Millionen Grad erhitzt, die Zentralregion sogar auf 60 Millionen Grad. Eta Carinae ist ein Stern inmitten von Trümmern – und eine tickende Bombe. Niemand weiß, wann sie explodieren wird, doch es kann schon morgen geschehen. Eine solche Supernova würde den Stern zerreißen. Daneben wären die bisherigen Ausbrüche und Absprengsel harmlose Auspuffgase. Bei der Explosion wird Eta Carinaes Helligkeit einen Moment lang die der gesamten Milchstraße übertrumpfen. Die Erde wird davon wohl nicht bedroht. Doch Astronomen haben hier einen Logenplatz, um zu beobachten, wie der Trümmerstern sich endgültig in Trümmern auflöst. Ein Stern stirbt. Zwei mächtige Explosionswolken zeugen von Eta Carinaes Todeskampf. Das große Foto oben, aufgenommen im sichtbaren Licht, stammt vom Hubble-Weltraumteleskop. Die Bildsequenz oben links zeigt Eta Carinae in unterschiedlichem Maßstab bei verschiedenen Wellenlängen (Infrarot-, Röntgen- und Radiostrahlung).

Rüdiger Vaas

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