Einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung von Stefan Kraus mit Mitarbeitern aus zwei Forschungsgruppen des Bonner MPI für Radioastronomie ist es gelungen, das erste Infrarotbild einer kompakten Scheibe um einen massereichen jungen Stern bei hoher Auflösung zu gewinnen. Das neue Resultat liefert einen starken Hinweis darauf, dass massereiche Sterne in gleicher Weise entstehen wie ihre masseärmeren Vettern. Die Entdeckung gelang durch die Kombination von Beobachtungen mit drei Teleskopen in Chile: Apex, VLTI und NTT.

Links: Künstlerische Darstellung der Staubscheibe um einen massereichen jungen Stern; Rechts: Staubscheibe um das Objekt IRAS 13481-6124. Die VLTI-Beobachtungen lieferten ein Bild mit einer Auflösung von nur 2,4 Millibogensekunden – entsprechend zehn Metern auf dem Mond (Ill.: Eso, L. Calçada / Diagr.: Eso / S. Kraus)

Die Astronomen haben ein Himmelsobjekt erforscht, das nur unter der Katalognummer eines früheren britisch-amerikanischen Infrarotsatelliten bekannt ist: Iras 13481-6124. Es hat ungefähr zwanzigmal die Masse der Sonne und ist fünfmal größer im Radius, mit einem jungen Stern im Zentrum, der noch von einer Staubscheibe und damit seiner Geburtshülle umgeben ist. Er befindet sich in ca. 10.000 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Kentaur. Gas- und Staubscheiben um junge Sterne stellen ein Reservoir dar, aus dem sich auch Planeten bilden können.

„Unsere Beobachtungen zeigen eine Scheibe, die einen voll ausgebildeten, aber noch sehr jungen massereichen Stern umgibt“, sagt Stefan Kraus, der Leiter des Forschungsprojekts. „Er befindet sich noch im Embryonenstadium, aber das Baby ist drauf und dran, zu schlüpfen.“

Mit Archivdaten vom Nasa-Weltraumteleskops «Spitzer» und Beobachtungen mit dem Submillimeterteleskop Apex, dem Atacama Pathfinder Experiment, haben die Astronomen die Existenz einer gerichteten bipolaren Ausströmung nachgewiesen, der senkrecht zur Scheibe liegt.

„Diese Ausströmungen, die wir in jungen Sternen finden, deuten im allgemeinen auf die Existenz einer zirkumstellaren Scheibe hin“, sagt Karl Menten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), der Leiter der Forschungsgruppe Submillimeterastronomie. „Radioteleskope wie Apex ermöglichen uns zum ersten Mal, solche Ausströmungen bei den ganz kurzen Radiowellenlängen im Submillimeterbereich zu untersuchen.“

Staubscheiben um Sterne sind ein wesentlicher Bestandteil bei der Entstehung von massearmen Sterne wie z. B. unserer Sonne. Bis jetzt war jedoch nicht bekannt, ob sie auch bei der Entstehung massereicher Sterne, mit mehr als der zehnfachen Masse, eine Rolle spielen, da deren starke Leuchtkraft verhindern könnte, dass zusätzlich Masse auf den Stern fällt. Es wurde zum Beispiel vorgeschlagen, dass derart massereiche Sterne durch die Verschmelzung von masseärmeren Sternen entstehen könnten.

Teleskop-Tripel in Chile: VLT (Paranal), NTT (La Silla), Apex (Chajnantor), alle mit deutscher Beteiligung (S. Kraus / Eso / MPIfR / Montage: «Universum»)

Um solche Scheiben nachzuweisen und ihre Eigenschaften zu untersuchen, haben die Forscher das Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der Europäischen Südsternwarte (Eso) eingesetzt. Durch die Verknüpfung des Lichts von gleich drei 1,8-Meter-Teleskopen mit dem Amber-Instrument wird es möglich, Details zu sehen, die so klein wie die Auflösungsgrenze eines 85-Meter-Teleskops sind. Die daraus resultierende Auflösung von nur 2,4 Millibogensekunden entspricht der Auflösung eines einzelnen Schraubenkopfs auf der Internationalen Raumstation ISS.

Mit dieser einzigartigen Leistungsfähigkeit, ergänzt noch durch Beobachtungen mit einem weiteren Eso-Instrument, dem New Technology Telescope (NTT) auf La Silla, konnte das Team nun tatsächlich die Existenz einer Scheibe um Iras 13481-6124 nachweisen.

„Wir haben hier das erste Bild der inneren Scheibe um einen jungen Stern, und die Verbindung von Infrarot-Interferometrie und Radiobeobachtungen macht es uns möglich, die physikalische Verbindung zwischen Scheiben und Ausströmungen in solchen Objekten zu untersuchen“, sagt Gerd Weigelt, Leiter der Forschungsgruppe Infrarot-Interferometrie am Bonner MPI. „Die neuen Beobachtungen lassen darauf schließen, dass die Scheiben bei der Entstehung von massearmen und massereichen Sternen gleichermaßen eine wichtige Rolle spielen.“

Die Astronomen schließen aus ihren Beobachtungen, dass das System rund 60 000 Jahre alt ist (für astronomische Verhältnisse so gut wie gar nichts!) und dass der Stern bereits seine endgültige Masse erreicht hat. Die Scheibe um den Stern wird sehr bald anfangen sich aufzulösen und vielleicht ein Planetensystem bilden. Sie erstreckt sich bis zum 130fachen Abstand von Erde und Sonne (130 Astronomische Einheiten) und hat eine Masse, die zur Masse des Sterns selbst vergleichbar ist, zirka zwanzig Sonnenmassen.

„Weitere Beobachtungen mit Alma, dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, das zur Zeit in Chile gebaut wird, könnten uns zusätzliche Details über die innere Struktur der Scheibe verraten und uns besser verstehen lassen, wie die massereichen Baby-Sterne überhaupt so schwer werden können“, so Kraus abschließend.