Zum ersten Mal wurde eine planetenbildende Scheibe um einen Stern in einer anderen Galaxie entdeckt

M. Kornmesser/ESO

Die Illustration eines Künstlers zeigt das System HH 1177, das sich in einer benachbarten Galaxie namens Große Magellansche Wolke befindet. Der massereiche junge Stern im Zentrum zieht Material aus einer rotierenden Scheibe aus Gas und Staub an, stößt aber auch Materie in Form von Jets aus.

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Zum ersten Mal haben Astronomen einen jungen Stern außerhalb der Milchstraße gesehen, der von einer dichten Scheibe umgeben ist, in der sich Planeten bilden könnten.

Der massereiche Stern mit der Bezeichnung HH 1177 und seine rotierende Scheibe wurden in der Großen Magellanschen Wolke entdeckt, einer benachbarten Zwerggalaxie, die etwa 160.000 Lichtjahre entfernt ist. Der beispiellose Fund könnte Wissenschaftlern helfen, die Entstehung von Sternen und Planeten besser zu verstehen.

Ein neugeborener Stern wächst an Größe, indem er Materie aus seiner Umgebung anzieht. Das Gas und der Staub sammeln sich aufgrund der starken Gravitationskräfte in einer flachen Scheibe um den Stern an, einer sogenannten Akkretionsscheibe. Die rotierende Scheibe transportiert die Materie auf den Stern, der immer größer wird. Je größer die Masse des Sterns, desto stärker wird sein Gravitationsfeld, wodurch mehr Gas und Staub in die Scheibe gezogen werden.

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Ein kolossaler Stern wie HH 1177 lebt schnell und stirbt jung, bildet sich schneller und hat nur eine Lebenserwartung, die nur einen Bruchteil der eines Sterns wie unserer Sonne beträgt. Diese verkürzte Zeitachse macht es schwierig, die frühen Stadien eines massereichen Sterns in unserer Galaxie zu beobachten, da sowohl der Stern als auch seine Scheibe durch das staubige Material, aus dem er entsteht, nicht sichtbar sind.

Sondern das Material, aus dem innerhalb der Großen Magellanschen Wolke Sterne entstehen unterscheidet sich von dem der Milchstraße.

HH 1177 befindet sich in einer Sternentstehungsstätte namens N180, die weniger Staub und eine geringere Metallhäufigkeit aufweist. Der Stern wird nicht von einem Kokon aus Gas und Staub verdeckt, was eine weit entfernte, aber klare Sicht ermöglicht.

„Als ich zum ersten Mal Hinweise auf eine rotierende Struktur in den ALMA-Daten sah, konnte ich nicht glauben, dass wir die erste extragalaktische Akkretionsscheibe entdeckt hatten, es war ein besonderer Moment“, sagte die leitende Studienautorin Dr. Anna McLeod, außerordentliche Professorin für Physik an der Universität Die Durham University im Vereinigten Königreich, in einer Erklärung. „Wir wissen, dass Scheiben für die Entstehung von Sternen und Planeten in unserer Galaxie von entscheidender Bedeutung sind, und hier sehen wir zum ersten Mal direkte Beweise dafür in einer anderen Galaxie.“

Astronomen entdeckten den Stern, der schätzungsweise etwa das 15-fache der Masse unserer Sonne hat, mithilfe des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array von Teleskopen in Chile, bekannt als ALMA. Die Ergebnisse wurden am Mittwoch in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Die ALMA-Beobachtungen erfolgten im Anschluss an eine frühere Entdeckung mit dem Very Large Telescope des European Southern Observatory. Der Multi Unit Spectroscopic Explorer oder MUSE-Instrument am Teleskop hat einen Materialstrahl erfasst, der vom jungen Stern austritt. HH 1177 wurde tief in einer Gaswolke der Galaxie gefunden.

„Wir haben einen Jet entdeckt, der von diesem jungen massereichen Stern gestartet wird, und seine Anwesenheit ist ein Wegweiser für die anhaltende Scheibenakkretion“, sagte McLeod.

ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. McLeod et al.

Mehrere Observatorien trugen zur Entdeckung der extragalaktischen Scheibe bei. Der Stern und seine Jets wurden erstmals mit dem MUSE-Instrument des Very Large Telescope (links und Mitte) entdeckt. Beobachtungen von ALMA (rechts) zeigten die rotierende Scheibe um den Stern.

Um festzustellen, ob sich um den Stern eine Scheibe befand, musste das Team messen, wie schnell sich dichtes Gas um den Stern bewegte.

Wenn Materie von einem jungen, sich entwickelnden Stern angezogen wird, fällt sie nicht direkt auf das Himmelsobjekt. Vielmehr flacht sich das Material ab, dreht sich um den Stern und bildet eine scheibenartige Struktur. Die Scheibe dreht sich in ihrem Zentrum schneller. Der Geschwindigkeitsunterschied kann Astronomen dabei helfen, festzustellen, ob sich eine Scheibe um einen Stern gebildet hat.

„Die Frequenz des Lichts ändert sich je nachdem, wie schnell sich das Gas, das das Licht aussendet, auf uns zu oder von uns weg bewegt“, sagte der Co-Autor der Studie, Dr. Jonathan Henshaw, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter an der britischen Liverpool John Moores University, in einer Erklärung: „Das ist genau so.“ Dasselbe Phänomen tritt auf, wenn sich die Tonhöhe der Sirene eines Krankenwagens ändert, während sie an Ihnen vorbeifährt, und die Frequenz des Tons von höher zu niedriger geht.“

Die ALMA-Beobachtungen ermöglichten detaillierte Messungen des Spins der Scheibe.

Junge Sterne sind nicht die einzigen Himmelsphänomene mit Akkretionsscheiben. Supermassereiche Schwarze Löcher sind außerdem von dünnen, heißen Materiescheiben umgeben, von denen sie sich ernähren.

„Wir befinden uns in einer Ära des schnellen technologischen Fortschritts, wenn es um astronomische Einrichtungen geht“, sagte McLeod. „Es ist sehr aufregend zu untersuchen, wie Sterne in so unglaublichen Entfernungen und in einer anderen Galaxie entstehen.“

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