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Rätsel des „blauen Rings“ gelöst

Ungewöhnlicher UV-Lichtring entstand bei der Verschmelzung zweier Sterne

Blue RIng Nebula
Der Stern TYC 2597-735-1 ist von einem ungewöhnlichen Ring aus UV-fluoreszierendem Wasserstoff umgeben – hier blau eingefärbt. © NASA/JPL-Caltech/M. Seibert (Carnegie Institution for Science)/K. Hoadley (Caltech)/GALEX Team

Kosmisches Mysterium: 16 Jahre lang rätselten Astronomen über einen Stern mit einem ungewöhnlichen UV-Lichtring. Denn seine Merkmale passten zu keinem bekannten kosmischen Objekt. Jetzt haben sie das Rätsel gelöst: Der mysteriöse Lichtring ist das Relikt einer Sternen-Verschmelzung vor rund 1.000 Jahren – und eine einzigartige Chance, die Folgen eines solchen Ereignisses zu beobachten, wie Astronomen im Fachmagazin „Nature“ berichten.

Ob die Aurora an den Polen des Mars, der riesige Bogen um das Sternbild Großer Wagen oder aber das diffuse Leuchten, das den gesamten Himmel erfüllt: Im Ultraviolett-Bereich leuchtende Strukturen gibt es im gesamten Kosmos. Doch das Phänomen, dass die NASA-Mission GALEX (Galaxy Evolution Explorer) im Jahr 2004 entdeckte, passt in keine der bisher bekannten Kategorien.

Ungewöhnliches Merkmals-Puzzle

Bei dem rätselhaften Phänomen handelt es sich um Ring von rund acht Bogenminuten Ausdehnung, der durch angeregte Wasserstoffmoleküle im Fern-UV-Bereich leuchtet. Andere Strahlung haben Astronomen von diesem Ring bislang nicht einfangen können. Klar scheint aber, dass der „Blue Ring Nebula“ getaufte Lichtring gut 60.000 Lichtjahre entfernt liegt und dass ein Stern in seinem Zentrum liegt.

Doch wie kommt dieses Ensemble zustande? An diesem Punkt begann das große Rätselraten für die Astronomen: „Das Lichtspektrum des Sterns TYC 2597-735-1 und seine Lage nahe der galaktischen Ebene spricht dafür, dass es sich um einen alten Stern handelt“, erklären Keri Hoadley vom California Institute of Technology und ihre Kollegen. „Gleichzeitig jedoch hat er eine anomal geringe Oberflächengravitation und wird langfristig dunkler – was für dieses Entwicklungsstadium untypisch ist.“

Andererseits können auch Protosterne ähnliche UV-Emissionen verursachen wie TYC 2597-735-1. „Aber er liegt nicht in einer für die Sternbildung typischen Umgebung und auch die Nähe zur galaktischen Ebene macht es unwahrscheinlich, dass es sich um einen Protostern handelt“, sagen die Astronomen.

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Jahrelanges Rätselraten

Um das Geheimnis dieses Sterns und seines Rings zu lüften, hat das Forscherteam ihn in den letzten 16 Jahren immer wieder mit verschiedenen Teleskopen beobachtet. Bereits 2006 entdeckten sie mithilfe des Hale Teleskops in Kalifornien, dass der Stern von einer Schockwelle umgeben ist. Sie deutet darauf hin, dass vom Stern zwei kegelförmige Teilchenströme ins All hinausgehen, wie die Astronomen erklären.

Das weckte zunächst den Verdacht, dass sich im Zentrum womöglich ein zweiter Stern oder ein zerrissener Planet verbirgt. Doch 2017 schlossen nähere Beobachtungen mit dem Hobberly Telescope in Texas dies endgültig aus. „Jedes Mal, wenn wir glaubten, dieses Ding endlich enträtselt zu haben, gab es Daten die dies widerlegten“, beschreibt Koautor Mark Seibert von der Carnegie Institution for Science die lange Suche.

Trümmer einer Sternverschmelzung

Eine Lösung des Rätsels brachte erst eine Kombination von Aufnahmen des Spitzer- und des WISE-Weltraumteleskops mit einem Modell des theoretischen Astrophysikers Brian Metzger von der Columbia University: „Schon bevor wir den Blue Ring Nebula entdeckt hatten, sagten seine Modelle im Prinzip genau das voraus, was wir nun sehen“, berichtet Hoadley. Demnach muss es sich bei TYC 2597-735-1 und seinem UV-Ring um das Resultat einer Sternenverschmelzung handeln.

„Eine solche Verschmelzung zweier Sterne ist eigentlich recht häufig, aber normalerweise wird sie sehr schnell von großen Mengen an Staub verhüllt“, erklärt Hoadley. „Dadurch können wir sie in der Regel nicht beobachten.“ In diesem Fall aber haben die Astronomen genau den Moment erwischt, als sich der Staub schon gelichtet hat, aber die Schockwelle und die Ausstromkegel sich noch nicht aufgelöst haben – ein kosmischer Glücksfall.

„Als das einzige bekannte Verschmelzungssystem ohne Staubhülle bietet TYC 2597-735-1 nun eine einzigartige Chance, die Folgen eines solchen Ereignisses zu erforschen“, betonen die Forscher.

Das steckt hinter dem Blu Ring Nebula.© NASA/ JPL-Caltech

Wie der UV-Lichtring entstand

Die stellare Kollision lief demnach so ab: Ursprünglich umkreisten sich dort ein sonnenähnlicher Stern und ein kleinerer stellaren Partner. Als der größere Stern alterte, dehnte er sich aus. Ein Teil seines Gases sammelte sich zunächst als Scheibe um den kleineren Stern, bis dieser dann vor rund tausend Jahren von seinem größeren Partner verschlungen wurde. Diese stellare Verschmelzung schleuderte eine Wolke von Staub und Gasen ins All hinaus.

Durch die schon zuvor existierende Gasscheibe um den kleineren Stern wurde diese Ejekta-Wolke jedoch in zwei Teile geteilt, so dass die beiden kegelförmigen Ausströme entstanden, wie die Astronomen erklären. Durch Kollision mit interstellaren Gasen kam es zu einer rückwärts gerichteten Schockwelle, die die Elektronen in der Trümmerhülle aufheizte und die Wasserstoffmoleküle zur UV-Fluoreszenz anregte.

Dadurch entstanden der UV-Lichtring des „Blue Ring Nebula“ und sein „jung-alter“ Zentralstern -Rätsel gelöst. (Nature, 2020, doi: 10.1038/s41586-020-2893-5)

Quelle: California Institute of Technology

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