Pressemitteilung

Astronomen zeichnen Blasen auf einer Sternoberfläche in bisher detailliertestem Video auf

11. September 2024

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.

Endnoten

[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.

Weitere Informationen

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.

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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso2412.