200 Mal schwerer als Sonne Das Rätsel der blauen Monstersterne

Astronomen haben Hunderte Sterne vermessen - unerwartet viele entpuppten sich als Giganten. Wenn sie als Supernova explodieren, impfen sie den Kosmos mit schweren Elementen - die Rezeptur für Lebewesen.

NASA/ GSFC

Von Thorsten Dambeck


Rund 300 Milliarden Vögel bevölkern den Himmel und vergleichbar viele Sterne enthält auch die Milchstraße. Genau wie bei den Vögeln ist Stern aber nicht gleich Stern. Obwohl man sie nicht auf die Waage legen kann, haben Astronomen Wege gefunden, die Masse ihrer Studienobjekte zu ermitteln.

Das Resultat: Leichte Zwergsterne glimmen nur schwach, die massiven Riesensterne brillieren hingegen mit ihrer Leuchtkraft. In puncto Masse bringt es die Sonne auf das 330.000-fache unserer Erde - für einen Stern ist das nicht einmal Mittelmaß.

Lange schon wissen die Astronomen, dass die leichten Sterne die häufigsten Vertreter im Universum sind, dagegen finden sich die stellaren Schwergewichte ziemlich selten.

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Giganten des Weltalls: Überriesen, Supernovae, Schwarze Löcher

Ein internationales Forscherteam hat nun eine überraschend hohe Zahl massereicher Sterne aufgespürt, die als blaue Überriesen bezeichnet werden. Der Fund hat weitreichende Konsequenzen: Bei der Entwicklung des Kosmos muss die Rolle der Sternenriesen offenbar überdacht werden. Die Studie ist im Fachmagazin "Science" erschienen.

Sterngeburt im Tarantelnebel

Die Forscher richteten die Teleskope der Europäischen Südsternwarte in den chilenischen Anden auf die Große Magellansche Wolke, eine Nachbargalaxie unserer Milchstraße, die rund 180.000 Lichtjahre von uns entfernt ist. Dort, genauer im sogenannten Tarantelnebel, findet in großem Stil die Geburt neuer Sterne statt.

Das Gleiche passiert auch in der Milchstraße, die Geburtenrate ist jedoch sehr gering. Durchschnittlich formiert sich jährlich kaum eine Sonnenmasse zu Baby-Sternen. Im Tarantelnebel ist die Rate hingegen mindestens tausendmal höher, zumindest wenn man berücksichtigt, dass dieser viel kleiner als unsere galaktische Heimat ist.

Mehrere rekordverdächtige Jungsterne, beispielsweise "R136a1", waren im Tarantelnebel früher schon entdeckt worden, der Koloss wird auf über 300 Sonnenmassen taxiert und seine Leuchtkraft übertrifft diejenige der Sonne 8,7-millionenfach.

Verhältnis von Normalos und Überfliegern

In der aktuellen Studie beschreiben die Wissenschaftler rund 250 schwere Sterne mit 15- bis 200-facher Sonnenmasse und bestimmten die Verteilung ihrer Geburtsmassen. Die dazu nötigen Informationen lassen sich aus den Spektren der Sterne herausfiltern, ein kompliziertes Verfahren, das eine genaue statistische Analyse erfordert, betont Erstautor Fabian Schneider von der Universität Oxford.

"Wir waren vollkommen überrascht, als wir feststellten, dass dort offenbar deutlich mehr massereiche Sterne entstanden sind als erwartet", so Schneider.

Dabei schien es seit Jahrzehnten eine astronomische Gewissheit, dass die sogenannte initial mass function eine quasi universelle Größe im Weltall darstellt. Diese im Jargon IMF genannte Verteilung beziffert, wie viel Zwerge, Normalos und sogenannte Überriesen das Licht der Welt erblicken.

Die Masse eines Sterns entscheidet über sein Schicksal, also darüber, ob er als Brauner Zwerg, Neutronenstern oder Schwarzes Loch endet, wenn der Kernbrennstoff aufgebraucht ist. Folgende Grafik zeigt, wie unterschiedlich sich Sterne entwickeln, je nachdem wie schwer sie sind.

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Nahezu überall, wohin Astronomen mit ihren Teleskopen gespäht hatten, entpuppten sich Sterne umso seltener, je massereicher sie waren: Weniger als ein Prozent haben mehr als zehn Sonnenmassen. Doch die Ergebnisse waren unsicher. Weil die Schwergewichte so selten sind, ist es kompliziert, ihre IMF zu bestimmen.

Supernova-Eisen im Blut

Die Analysen zeigen nun, dass die massereichen Sterne unterschätzt wurden - zumindest im Tarantelnebel, wo laut Schneider außergewöhnlich günstige Bedingungen zu deren Studium herrschen. Obwohl immer noch seltener als ihre leichten Artgenossen, machen sie offenbar einen hohen Anteil am Gesamtgewicht aller Sterne aus.

"Unsere Ergebnisse legen nahe, dass der größte Anteil der gesamten Sternmasse nicht in massearmen Sternen steckt", erklärt Chris Evans. Ein beträchtlicher Anteil werde vielmehr von sehr massereichen Sternen gestellt, so der Astronom vom Royal Observatory in Edinburgh, der ebenfalls an der Publikation beteiligt war.

Die Resultate betreffen nicht nur einen abgelegenen Nebel, sie sind für die Astronomen von grundsätzlicher Bedeutung. Denn Sterne sind wie kosmische Chemiefabriken, sie haben nahezu alle Elemente produziert, die schwerer als Helium sind: Der Sauerstoff unserer Atemluft und das Eisen in den roten Blutkörperchen sind nur zwei Beispiele.

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Zudem sind die Sterngiganten für ihr Ende als Supernova bekannt. Bei solch gewaltigen Explosionen prägen sie die chemische Zusammensetzung ihrer Umgebung - sie impfen gleichsam die Orte, wo sich auch leichtere, sonnenähnliche Sterne bilden.

Und sie stellen die Substanzen bereit, aus denen Planeten wie die Erde entstehen. Massereiche Populationen von Sternen wie diejenige im Tarantelnebel können 70 Prozent mehr Supernovae produzieren, und die Häufigkeit der schwarzen Löcher müsse ebenfalls nach oben korrigiert werden, so Schneider. Denn ein Teil der Sterngiganten endet als schwarzes Loch. "Unsere Ergebnisse haben weitreichende Konsequenzen für das Verständnis des Kosmos."

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