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Der Himmel ist voller als gedacht

Der Himmel ist voller als gedacht

RUB-Astronomen treiben neues Modell der Sternenentstehung voran

von Julia Weiler  

12. Juni 2014

 

Die Sonne versinkt hinter dem Horizont; über der Atacama-Wüste in Chile bricht Dunkelheit herein. Ein paar Punkte glimmen am Himmel auf, dann immer mehr und immer mehr, bis sich das breite Band der Milchstraße über das Firmament erstreckt. Es gibt keinen besseren Ort auf der Welt für astronomische Beobachtungen als diesen. Hier steht die Universitätssternwarte der RUB, und hier hat das Team um Prof. Dr. Rolf Chini ein paar erstaunliche Entdeckungen gemacht.

Der Rosettennebel, ein Sternentstehungsgebiet im Sternbild EinhornHexapod-Teleskop in der Atacama-WüsteDer Omeganebel im Sternbild Schütze liegt 6.500 Lichtjahre von der Erde entfernt. Aus den Gaswolken gehen neue Sterne hervor.Die Universitätssternwarte in ChileNGC 6334 ist auch als Katzenpfotennebel bekannt und liegt im Sternbild Skorpion.Von seinem ersten selbst verdienten Geld kaufte Rolf Chini, heute Leiter der Universitätssternwarte, sich ein Teleskop.Der Carinanebel ist eine Geburtsstätte für neue Sterne.Der Stern Eta Carinae wiegt 100- bis 120-mal so viel wie unsere Sonne.Heiße massereiche Sterne im Lagunennebel ionisieren das Gas der Umgebung und lassen so neue Sterne entstehen.Das Infrarotteleskop ist auf die Milchstraße gerichtet.Das Team vom Astronomischen Institut der RUBDer Pferdekopfnebel ist als dunkle Silhouette gegen einen hellen Nebel sichtbar; letzterer wird durch einen massereichen Stern zum Leuchten angeregt.In 7.000 Lichtjahren Entfernung liegt der Adlernebel im Sternbild Schlange. Durch Aufnahmen mit verschiedenen Filtern entsteht die farbenprächtige Darstellung. Cen A ist eine elliptische Galaxie im Sternbild Centaurus, die mit einer Spiralgalaxie kollidiert ist. Kein Objekt in diesem Sternbild sendet hellere Radiostrahlung aus als Cen A. Den Orionnebel können auch Hobbyastronomen von der Nordhalbkugel aus sehen, allerdings nicht so detailliert und farbenfroh wie hier gezeigt.Der hellste Stern im Carinanebel, Eta Carinae (links unterhalb der Bildmitte), steht wahrscheinlich kurz vor der Explosion zu einer Supernova.15 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Wasserschlange liegt die Spiralgalaxie Messier 83, auch südliche Feuerradgalaxie genannt.

Abb. 1

Es gibt keinen besseren Ort für astronomische Beobachtungen als die Atacama-Wüste. © RUBIN, Foto: Lehrstuhl für Astrophysik

Das RUB-Observatorium befindet sich nur 20 Kilometer entfernt von der größten europäischen Sternwarte, dem „Very Large Telescope“, auf dem Berg Paranal (Abb. 1). „Da stellt sich schon die Frage, was wir als ‚Amateure‘ mit unseren kleinen Instrumenten dort ausrichten können“, sagt Rolf Chini, Leiter des Astronomischen Instituts. Eine ganze Menge, lautet die Antwort. Die RUB-Astronomen erreichen mit ihren Teleskopen zwar nicht so eine hohe Auflösung wie die großen Observatorien. Aber sie können sich für ihre Himmelsbeobachtungen richtig Zeit lassen. „An den großen Teleskopen bekommt ein Durchschnittsastronom vielleicht fünf bis zehn Stunden Beobachtungszeit im Jahr – wenn er Glück hat“, erklärt Chini. Das macht es unmöglich, Himmelsobjekte über Tage oder sogar Wochen im Auge zu behalten. Genau das muss das RUB-Team aber für seine speziellen Fragestellungen tun.

Abb. 2

Die Analyse der Daten, die die Teleskope in Chile aufzeichnen, hat viel mit Handarbeit zu tun. © RUBIN, Foto: Nelle

Die Bochumer Astronomen interessieren sich für variable Phänomene. Über lange Zeit hinweg beobachten sie, wie sich die Helligkeit von Sternen verändert. „Vor ein paar Jahren hat sich angedeutet, dass massereiche Sterne, die etwa hundertmal schwerer sind als unsere Sonne, bevorzugt als Doppelsterne auftreten“, erzählt Rolf Chini. Diese Theorie hat er mit seinem Team systematisch überprüft. „Früher dachte ich: Wenn du weißt, wie ein Einzelstern funktioniert, weißt du auch, wie ein Doppelstern funktioniert. Aber das ist falsch“, so Chini. Die Bochumer Astronomen analysierten alle 800 massereichen Sterne, die sie von ihrem Standort in Chile ins Visier nehmen können (Abb. 2). Über 90 Prozent entpuppten sich als Mehrfachsysteme, die aus zwei bis vier umeinander kreisenden Sternen bestehen.

Warum aber ist das in den Daten der größten Teleskope der Welt bislang nicht aufgefallen? „In der Regel sind diese Sterne so dicht beieinander, dass man sie nicht als zwei getrennte Punkte auflösen kann“, sagt Chini. Also dachten sich die Bochumer Astronomen einen Trick aus. Sie zerlegten das Licht der Sterne in verschiedene Wellenlängen. Die chemische Zusammensetzung eines Sterns bestimmt, bei welchen Wellenlängen er Licht aussendet; man spricht von Spektrallinien. Eine Analyse der Spektrallinien verrät, ob es sich bei einem vermeintlich einzelnen Stern in Wirklichkeit um mehrere handelt.

Die Forscher nutzen die Tatsache, dass sich Sterne in Mehrfachsystemen umeinander drehen und dass dabei der Dopplereffekt auftritt (Abb. 3). Diesen Effekt kennt jeder, der schon einmal das Martinshorn eines vorbeifahrenden Krankenwagens gehört hat. Kommt der Krankenwagen auf einen zu, klingt der Ton höher, als wenn sich das Auto von einem wegbewegt. Etwas Ähnliches passiert auch mit Lichtwellen. Bewegt sich ein Stern auf den Beobachter zu, erscheint das von ihm ausgesandte Licht kurzwelliger, also blauer, als wenn der Stern sich nicht bewegen würde. Entfernt sich der Stern, werden die ausgesandten Lichtwellen langwelliger, also ins Rote verschoben.

Abb. 3

Dopplereffekt: Bewegt sich ein Stern auf die Erde zu oder von ihr weg, verschiebt sich die Farbe des wahrgenommenen Sternenlichts ins Blaue oder Rote, und somit verschieben sich auch die Spektrallinien. © RUBIN

Bei vielen der untersuchten Sterne bemerkte Chinis Team, dass sich ihre Spektrallinien regelmäßig änderten, nämlich immer wieder ins Blaue oder Rote verschoben waren. Bei den vermeintlichen Einzelsternen handelte es sich in Wirklichkeit nämlich um zwei Sterne, die umeinander kreisen und somit abwechselnd näher an die Erde heranrücken und sich entfernen. In einigen Systemen entdeckten die Astronomen sogar drei oder vier Sternenpartner. Aus den Daten berechneten sie auch die Umlaufdauer jedes Mehrfachsystems, also wie lange die Sterne brauchen, um sich einmal zu umkreisen.

Die statistische Auswertung ergab außerdem: Je schwerer ein Stern ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass er nicht allein ist. Dabei tun sich bevorzugt Sternenpartner mit ähnlicher Masse zusammen. Laut Rolf Chini kein Zufall: „Warum sollte sich ein Stern von 50 Sonnenmassen in seiner Umgebung ausgerechnet einen Partner von ebenfalls 50 Sonnenmassen einfangen? Er hätte es doch viel leichter, einen Stern von einer Sonnenmasse anzuziehen. Die Erklärung muss im Entstehungsprozess der Sterne stecken.“ Chini geht davon aus, dass massereiche Sterne bereits als Zwillinge entstehen: Die Himmelskörper gehen aus Gas- und Staubwolken hervor, die sich verdichten. Im Endstadium bricht die Wolke offenbar in zwei Teile.

Inzwischen gibt es Modelle, die diesen Prozess erklären können. In der Tat hatten Wissenschaftler bislang vergeblich versucht, die Entstehung von einzelnen massereichen Sternen theoretisch zu begründen. Die Beobachtungen der RUB-Astronomen geben ihnen nun guten Grund, alternative Modelle der Sternenentstehung zu denken.

Für die Messungen war ständig jemand aus Chinis Team in Chile im Observatorium. Die RUB-Sternwarte ist zwar via Internet mit Bochum verbunden, und alle Teleskope lassen sich prinzipiell aus Deutschland steuern. „Aber ohne jemanden vor Ort geht es nicht“, sagt er. „Sonst bräuchten wir eine Infrastruktur wie bei einem Satelliten, und das wäre unendlich teuer.“

Der Leiter der Universitätssternwarte stand schon immer gerne selbst an den Messinstrumenten: „Von meinem ersten selbst verdienten Geld habe ich mir bei Tchibo ein Telesköpchen gekauft und bin nachts ins Feld gelaufen.“ Vier- bis sechsmal im Jahr fliegt Chini heute in die Atacama-Wüste, um sich um Wartungsarbeiten, Reparaturen und den laufenden Betrieb zu kümmern. Die Infrarotkamera muss jeden Tag mit flüssigem Stickstoff befüllt werden – für die Kühlung. „In Chile zu sein ist toll“, erzählt er. „Aber hinzufliegen ist großer Stress.“ Aus Deutschland über Madrid nach Santiago de Chile, dann noch einmal weiter mit einem Inlandsflug und schließlich zwei Stunden per Allradfahrzeug den Berg hinauf – es ist nicht leicht, den weltbesten Standort für astronomische Beobachtungen zu erreichen. Aber auch davon lässt sich ein Vollblutastronom selbstverständlich nicht aufhalten.

Mehr Forschungsergebnisse aus der Universitätssternwarte:

Entfernungen mit Schwarzen Löchern bestimmen

Die Universitätssternwarte in Chile

In 2800 Metern Höhe, nur einen Kilometer von dem Nachbarberg entfernt, auf dem das „European Southern Observatory“ (ESO) in den nächsten Jahren das größte Teleskop der Welt bauen wird, liegt die Universitätssternwarte der RUB. Sie ist die einzige „grüne“ Sternwarte weltweit, denn sie wird ausschließlich mit regenerativer Energie betrieben. Dafür sorgen 100 Solarpanele und drei Windkraftanlagen. Mit bis zu 1,5 Metern Spiegeldurchmesser sind die Bochumer Teleskope im Vergleich zu dem aktuell von der ESO gebauten 40-Meter-Teleskop klein. Aber sie bieten unschlagbare Vorteile, die den Bochumern bereits zahlreiche Forschungskooperationen eingebracht haben: Zum einen können sie zeitaufwendige Beobachtungen durchführen. Zum anderen können sie sehr helle Objekte untersuchen. „An größeren Teleskopen dürfen helle Objekte gar nicht mehr analysiert werden, weil sie den Empfänger zerstören können“, sagt Chini. Die lichtempfindlichen CCD-Chips, die auch als Sensoren in Fotokameras zum Einsatz kommen, nehmen bei zu starker Belichtung dauerhaft Schaden.

Kontakt zum Fachbereich

Prof. Dr. Rolf Chini
Astrophysik, Astronomisches Institut
Fakultät für Physik und Astronomie
Ruhr-Universität Bochum
44780 Bochum
Tel. 0234/32-25802
E-Mail: chini@astro.rub.de

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