Künstlerische Darstellung der Großansicht von FU~Ori. Das Bild zeigt die Ausflüsse, die durch die Wechselwirkung zwischen starken Sternwinden, die durch den Ausbruch angetrieben wurden, und der verbleibenden Hülle, aus der sich der Stern gebildet hat, entstehen. Der Sternwind treibt eine starke Erschütterung in die Hülle, und das von der Erschütterung mitgerissene CO-Gas ist das, was das neue ALMA enthüllte. Bildnachweis: NSF/NRAO/S. Dagnello
ALMA Beobachtungen von FU Orionis zeigen, wie die gravitative Akkretion eines vergangenen Gasstroms bei jungen Sternen zu plötzlicher Helligkeit führt und Aufschluss über die Entstehungsprozesse von Sternen und Planeten gibt.
Eine ungewöhnliche Gruppe von Sternen im Sternbild Orion hat ihre Geheimnisse gelüftet. FU Orionis, ein Doppelsternsystem, erregte erstmals 1936 die Aufmerksamkeit der Astronomen, als der Zentralstern plötzlich 1.000 Mal heller als gewöhnlich wurde. Dieses von sterbenden Sternen erwartete Verhalten war bei einem jungen Stern wie FU Orionis noch nie beobachtet worden.
Das seltsame Phänomen inspirierte eine neue Klassifizierung von Sternen mit demselben Namen (FUor-Sterne). Vier Sterne flackern plötzlich auf und werden immer heller, bevor sie viele Jahre später wieder dunkler werden.
Mittlerweile weiß man, dass diese Aufhellung darauf zurückzuführen ist, dass die Sterne durch Gravitationsakkretion, der Hauptkraft, die Sterne und Planeten formt, Energie aus ihrer Umgebung aufnehmen. Wie und warum dies geschieht, blieb jedoch ein Rätsel – dank Astronomen, die das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) nutzen.
Bahnbrechende Beobachtungen mit ALMA
„FU Ori verschlingt seit fast 100 Jahren Material, um seinen Ausbruch am Laufen zu halten. Wir haben endlich eine Antwort darauf gefunden, wie diese jungen ausbrechenden Sterne ihre Masse wieder auffüllen“, erklärt Antonio Hales, stellvertretender Manager des nordamerikanischen ALMA Regional Center, Wissenschaftler am National Radio Astronomy Observatory und Hauptautor dieser am 29. April veröffentlichten Studie im Astrophysikalisches Journal. „Zum ersten Mal haben wir direkte Beobachtungsbeweise für das Material, das die Ausbrüche antreibt.“
Untersuchen Sie das Binärsystem FU Ori und den neu entdeckten Akkretionsstreamer. Diese künstlerische Darstellung zeigt den neu entdeckten Streamer, der ständig Masse aus der Hülle in das Binärsystem einspeist. Bildnachweis: NSF/NRAO/S. Dagnello
ALMA-Beobachtungen zeigten einen langen, dünnen Strahl Kohlenmonoxid, der auf FU Orionis fiel. Dieses Gas schien nicht genug Treibstoff zu haben, um den aktuellen Ausbruch aufrechtzuerhalten. Stattdessen geht man davon aus, dass dieser Akkretionsstrom ein Überbleibsel einer früheren, viel größeren Erscheinung ist, die in dieses junge Sternsystem gelangt ist.
„Möglicherweise hat die Wechselwirkung mit einem größeren Gasstrom in der Vergangenheit dazu geführt, dass das System instabil wurde und den Helligkeitsanstieg auslöste“, erklärt Hales.
Fortschritte im Verständnis der Sternbildung
Astronomen verwendeten verschiedene Konfigurationen von ALMA-Antennen, um die verschiedenen Emissionsarten von FU Orionis zu erfassen und den Massenfluss in das Sternensystem zu erfassen. Sie kombinierten außerdem neuartige numerische Methoden, um den Massenfluss als Akkretionsstrom zu modellieren und seine Eigenschaften abzuschätzen.
„Wir haben die Form und Geschwindigkeit der beobachteten Struktur mit denen verglichen, die man von einer Spur einfallenden Gases erwarten würde, und die Zahlen ergaben Sinn“, sagt Aashish Gupta, ein Doktorand. Kandidat am Europäischen Südobservatorium (ESO) und Co-Autor dieser Arbeit, der die Methoden zur Modellierung des Akkretionsstreamers entwickelt hat.
Untersuchen Sie das Binärsystem FU Ori und den neu entdeckten Akkretionsstreamer. Diese künstlerische Darstellung zeigt den neu entdeckten Streamer, der ständig Masse aus der Hülle in das Binärsystem einspeist. Bildnachweis: NSF/NRAO/S. Dagnello
„Die Bandbreite an Winkelskalen, die wir mit einem einzigen Instrument erkunden können, ist wirklich bemerkenswert. ALMA gibt uns einen umfassenden Überblick über die Dynamik der Sternen- und Planetenentstehung, die von großen Molekülwolken, in denen Hunderte von Sternen geboren werden, bis hin zu den bekannteren Maßstäben von Sonnensystemen reicht“, fügt Sebastián Pérez von der Universidad de Santiago de Chile (USACH) hinzu ), Direktor des Millennium Nucleus on Young Exoplanets and Their Moons (YEMS) in Chile und Co-Autor dieser Forschung.
Diese Beobachtungen zeigten auch einen Ausfluss von sich langsam bewegendem Kohlenmonoxid aus FU Orionis. Dieses Gas steht nicht im Zusammenhang mit dem jüngsten Ausbruch. Stattdessen ähnelt es den Ausflüssen, die um andere protostellare Objekte herum beobachtet werden.
Hales fügt hinzu: „Indem wir verstehen, wie diese eigenartigen FUor-Sterne entstehen, bestätigen wir, was wir über die Entstehung verschiedener Sterne und Planeten wissen.“ Wir glauben, dass alle Sterne Ausbrüche erleben. Diese Ausbrüche sind wichtig, weil sie die chemische Zusammensetzung der Akkretionsscheiben um entstehende Sterne und die Planeten, die sie schließlich bilden, beeinflussen.“
„Wir untersuchen FU Orionis seit ALMAs ersten Beobachtungen im Jahr 2012“, fügt Hales hinzu. Es ist faszinierend, endlich Antworten zu haben.“
Referenz: „Discovery of an Accretion Streamer and a Slow Wide-angle Outflow around FU Orionis“ von AS Hales, A. Gupta, D. Ruíz-Rodríguez, JP Williams, S. Pérez, L. Cieza, C. González-Ruilova, JE Pineda, A. Santamaría-Miranda, J. Tobin, P. Weber, Z. Zhu und A. Zurlo, 29. April 2024, Das Astrophysikalische Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad31a1