Vor 170 Jahren brach Eta Carinae dramatisch aus. Astronomen glauben jetzt zu wissen, warum

Eta Carinae, ein Doppelsternsystem in 7.500 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Carina, hat eine kombinierte Leuchtkraft von mehr als 5 Millionen Sonnen und ist damit einer der hellsten Sterne in der Milchstraße. Vor 170 Jahren, zwischen 1837 und 1858, brach dieser Stern in einer scheinbar massiven Supernova aus und machte ihn vorübergehend zum zweithellsten Stern am Himmel.

Seltsamerweise reichte diese Explosion nicht aus, um das Sternensystem auszulöschen, und die Astronomen fragten sich, was für den massiven Ausbruch verantwortlich sein könnte. Dank neuer Daten, die das Ergebnis einer „forensischen Astronomie“ waren (bei der das übrig gebliebene Licht der Explosion untersucht wurde, nachdem es von interstellarem Staub reflektiert wurde), glaubt ein Team von Astronomen nun, eine Erklärung für das Geschehen zu haben.

Die Studien, die ihre Ergebnisse beschreiben – mit dem Titel "Außergewöhnlich schnelles Auswerfen in Lichtechos von Eta Carinaes großem Ausbruch" und "Leichte Echos vom Plateau in Eta Carinaes großem Ausbruch zeigen ein zweistufiges schockgetriebenes Ereignis" – erschienen kürzlich in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

Beide Studien wurden von Nathan Smith vom Steward Observatory der Universität von Arizona geleitet und umfassten Mitglieder des Space Telescope Science Institute (STSI), des National Optical Astronomy Observatory (NOAO), des Millennium Institute of Astrophysics und des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), das Cerro Tololo Interamerikanische Observatorium und mehrere Universitäten.

In ihrer ersten Studie zeigt das Team, wie sie die durch die Explosion erzeugten „Lichtechos“ untersucht haben, die von interstellarem Staub reflektiert wurden und gerade von der Erde aus sichtbar sind. Daraus beobachteten sie, dass der Ausbruch dazu führte, dass sich das Material mit einer Geschwindigkeit ausdehnte, die bis zu 20-mal schneller war als bei jeder zuvor beobachteten Supernova.

In der zweiten Studie untersuchte das Team die Entwicklung der Lichtkurve des Echos, die ergab, dass es vor 1845 Spitzen gab, die dann bis 1858 ein Plateau erreichten, bevor es im nächsten Jahrzehnt stetig abnahm. Grundsätzlich stimmten die beobachteten Geschwindigkeiten und die Lichtkurve eher mit der Druckwelle einer Supernova-Explosion überein als mit den relativ langsamen und sanften Winden, die von massiven Sternen erwartet werden, bevor sie sterben.

Die Lichtechos wurden erstmals in Bildern festgestellt, die 2003 von Teleskopen am Interamerikanischen Observatorium Cerro Tololo in Chile aufgenommen wurden. Für ihre Studie konsultierte das Team spektroskopische Daten der Magellan-Teleskope am Las Campanas-Observatorium und am Gemini-Süd-Observatorium, beide in Chile. Auf diese Weise konnte das Team das Licht messen und die Expansionsgeschwindigkeit des Auswurfs bestimmen – mehr als 32 Millionen km / h.

Basierend auf diesen Daten stellte das Team die Hypothese auf, dass der Ausbruch möglicherweise durch einen längeren Kampf zwischen drei Sternen ausgelöst wurde, der einen Stern zerstörte und die anderen beiden in einem binären System zurückließ. Diese Schlacht könnte mit einer gewaltsamen Explosion gipfelt haben, als Eta Carinae einen ihrer beiden Gefährten verschlang und mehr als 10 Sonnenmassen in den Weltraum schickte. Diese ausgestoßene Masse schuf den gigantischen bipolaren Nebel (auch bekannt als "Homunculus Nebula"), der heute zu sehen ist.

Wie Smith kürzlich in einer Pressemitteilung von HubbleSite erklärte:

„Wir sehen diese wirklich hohen Geschwindigkeiten in einem Stern, der eine starke Explosion gehabt zu haben scheint, aber irgendwie hat der Stern überlebt. Der einfachste Weg, dies zu tun, ist eine Stoßwelle, die den Stern verlässt und das Material auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. “

In diesem Szenario begann Eta Carinae als trinäres System, bei dem zwei massive Sterne nahe beieinander und der dritte weiter entfernt umkreisten. Als sich das massereichste der Binärdateien dem Ende seines Lebens näherte, begann es sich auszudehnen und dann einen Großteil seines Materials auf seinen etwas kleineren Begleiter zu übertragen. Dies führte dazu, dass der kleinere Stern gerade genug Energie ansammelte, um seine äußeren Schichten auszuwerfen, aber nicht genug, um ihn vollständig zu vernichten.

Der Begleitstern wäre dann ungefähr 100-mal so groß wie unsere Sonne geworden und extrem hell. Der andere Stern, der jetzt nur noch 30 Sonnenmassen wiegt, wäre von seinen Wasserstoffschichten befreit worden, wodurch sein heißer Heliumkern freigelegt worden wäre – ein fortgeschrittenes Stadium der Evolution im Leben massereicher Sterne. Als Armin Rest – ein Forscher aus dem Erklärten:

"Aus der Sternentwicklung geht hervor, dass massereichere Sterne schneller leben und weniger massereiche Sterne eine längere Lebensdauer haben. Der heiße Begleitstern scheint also weiter in seiner Entwicklung zu sein, obwohl er jetzt ein viel weniger massereicher Stern ist als der, den er umkreist. Ohne Massentransfer macht das keinen Sinn. "

Dieser Massentransfer hätte das Gravitationsgleichgewicht des Systems verändert und dazu geführt, dass sich der Heliumkernstern weiter von seinem jetzt massiven Begleiter entfernt und sich schließlich so weit bewegt, dass er mit dem äußersten dritten Stern interagieren würde. Dies würde dazu führen, dass sich der dritte Stern auf den massiven Stern zubewegt und schließlich mit diesem verschmilzt, wodurch ein Materialabfluss entsteht.

Anfänglich verursachte die Fusion Auswürfe, die sich relativ langsam ausdehnten, aber als sich die beiden Sterne schließlich zusammenschlossen, erzeugten sie ein explosives Ereignis, das Material 100-mal schneller abstrahlte. Dieses Material holte das langsame Auswerfen ein, drückte es nach vorne und erhitzte das Material, bis es glühte. Dieses leuchtende Material war die Hauptlichtquelle, die vor 170 Jahren von Astronomen betrachtet wurde.

Am Ende siedelte sich der kleinere Heliumkernstern in einer elliptischen Umlaufbahn um sein massives Gegenstück an, passierte alle 5,5 Jahre die äußeren Schichten des Sterns und erzeugte Röntgenschockwellen. Laut Smith kann diese Erklärung zwar nicht alles erklären, was in Eta Carinae beobachtet wurde, erklärt aber sowohl die Aufhellung als auch die Tatsache, dass der Stern bleibt:

"Der Grund, warum wir vorschlagen, dass Mitglieder eines verrückten Dreifachsystems miteinander interagieren, ist, dass dies die beste Erklärung dafür ist, wie der heutige Begleiter seine äußeren Schichten vor seinem massiveren Geschwister schnell verloren hat."

Diese Studien haben neue Hinweise auf das Rätsel geliefert, wie Eta Carinae in einer massiven Supernova zu explodieren schien, aber einen massiven Stern und Nebel zurückließ. Darüber hinaus könnte ein besseres Verständnis der Physik hinter der Explosion von Eta Carinae den Astronomen helfen, mehr über die komplizierten Wechselwirkungen zu erfahren, die binäre Systeme und Systeme mit mehreren Sternen steuern – die für unser Verständnis der Entwicklung und des Todes massereicher Sterne von entscheidender Bedeutung sind.

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