Wenn hunderttausend Sonnen leuchten

Wie Sterne mit einer vielfachen Masse unserer Sonne entstehen, bildet eine der fundamentalen Fragen der modernen Astrophysik. Denn diese massereichen Sterne bestimmen den Energiehaushalt ihrer Galaxien wesentlich. Wissenschafter der Universität Tübingen haben gemeinsam mit Eduard Vorobyov vom Institut für Astrophysik der Universität Wien durch theoretische Berechnungen neue Komponenten entdeckt, welche die Sternentwicklung mitbestimmen. Bei der Entstehung massereicher Sterne fanden sie Parallelen zur Geburt der sehr frühen Sterne des Universums sowie von massearmen Sternen. Ihre Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Die Geburtsgeschichte von massereichen Sternen ist immer noch ein Mysterium, weil diese während ihrer Entstehung in eine extrem dichte Gashülle eingebettet sind. Die Gashülle macht es nahezu unmöglich, den Geburtsvorgang selbst mit Großteleskopen einzufangen. Das Forscherteam aus Tübingen und Wien hat die Sternengeburt in einem theoretischen Modell numerisch berechnet.

Das Modell untersuchte eine Wolke aus interstellarem Gas und Staub, die sich zusammenzieht und eine sogenannte Akkretionsscheibe um einen jungen massereichen Stern bildet. Eine solche Scheibe rotiert um ein zentrales Objekt und transportiert Gas und Staub in Richtung des Zentrums. Die Forscher stellten dabei erstmals fest, dass sich bei diesem Prozess Klumpen von extremer Dichte bilden müssen, die durch eine von der Schwerkraft bewirkte Instabilität der Scheibe entstehen. Einige dieser Klumpen wandern ihren Daten zufolge nach innen auf den jungen Zentralstern zu und können von diesem "verschluckt" werden. "Es ist genau so, als ob man Holzscheite in ein Feuer wirft. Doch bei der Sternentstehung verursacht das Verschlingen der Klumpen kein einfaches Aufflammen, sondern einen Helligkeitsanstieg, welcher der Leuchtkraft von hunderttausend Sonnen entspricht", erklärt Eduard Vorobyov.

Ein sehr ähnlicher Prozess von wiederholten unregelmäßigen Helligkeitsausbrüchen war in der Forschung bereits aus Studien über die Entstehung der allerersten Sterne im sehr frühen Universum als auch bei der Bildung von massearmen Sternen wie unserer Sonne bekannt. Die neue Studie legt nahe, dass der Sternentstehungsprozess universellen Prinzipien folgt und praktisch seit Beginn des Universums unverändert ähnlichen Gesetzmäßigkeiten unterliegt: "Es ist faszinierend, diese Ähnlichkeiten auf allen Masse-Skalen und zu allen Epochen zu sehen, wie von einer Art universeller DNA gesteuert", sagt Dominique Meyer, der Erstautor der Studie. Die Klumpen stellten exzellente Kandidaten für die Erzeugung von weiteren Sternen mit der ungefähren Masse der Sonne dar, die Begleiter des massereichen Sterns bilden: "Sie würden die künftige Entwicklung des Zentralsterns wesentlich mitbestimmen."

Die Ergebnisse werden den beobachtenden Astronomen helfen, neue Strategien zu entwickeln, um solche Helligkeitsausbrüche oder die Klumpen direkt zu beobachten, sagen die Wissenschafter. Dafür in Frage kämen Großteleskope wie das Atacama Large Millimeter Array (ALMA), das die Europäische Südsternwarte (ESO) in der chilenischen Atacama-Wüste betreibt, oder das ebenfalls in Chile geplante künftige Europäische Extremely Large Telescope (E-ELT).

Publikation in "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society"
D. M.-A. Meyer, E. I. Vorobyov, R. Kuiper and W. Kley: On the existence of accretion-driven bursts in massive star formation. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,
DOI: 10.1093/mnrasl/slw187