Astronomen finden Dutzende massereicher Sterne, die aus der Milchstraße fliehen

Die Milchstraße kann nicht alle ihre Sterne festhalten. Einige von ihnen werden in den intergalaktischen Raum geschleudert und verbringen ihr Leben auf einer ungewissen Reise. Ein Team von Astronomen hat sich den massereichsten dieser außer Kontrolle geratenen Sterne genauer angesehen, um herauszufinden, wie sie herausgeschleudert werden.

Wenn Astronomen ein Sternenfeld in der Milchstraße beobachten, messen sie unter anderem die Geschwindigkeitsverteilung. Die Gesamtgeschwindigkeitsverteilung der Sternpopulation spiegelt die Rotation der Galaxie wider. Und wenn ein Stern nicht mit der Rotation der Galaxie harmoniert, erregt er die Aufmerksamkeit der Astronomen.

Ein Team von Astronomen, die mit zwei Katalogen massereicher Sterne arbeiteten, fand eine ganze Reihe von Sternen, die sich anders bewegen als die Galaxie. Es sind außer Kontrolle geratene Sterne, die auf dem Weg aus der Galaxie sind.

Die neuen Erkenntnisse sind da ein Papier mit dem Titel „Galaktische außer Kontrolle geratene O- und Be-Sterne mit Gaia DR3 gefunden.“ Es erscheint demnächst im Journal Astronomie und Astrophysikund der Hauptautor ist Mar Carretero Castrillo, ein Postgraduiertenforscher in der Abteilung für Quantenphysik und Astrophysik, Institut für Kosmoswissenschaften, Universität Barcelona.

Castrillo und ihre Kollegen stützten ihre Arbeit auf zwei herausragende Kataloge. Es handelt sich um den Galactic O-Star Catalogue (GOSC) und die Be Star Spectra (BeSS). Bei beiden handelt es sich um Kataloge verschiedener Typen massereicher Sterne: Sterne vom Typ O und Sterne vom Typ Be sowie deren Untertypen.

Die Forscher nutzten auch Daten von Gaia, der leistungsstarken Sternenmesssonde der ESA. Es nutzt Astrometrie, um die Positionen, Entfernungen und Bewegungen von einer Milliarde Sternen zu messen. Gaias Mission verändert die Astronomie durch die Bereitstellung präziser, belastbarer Daten, die andere Forscher für ihre eigene Forschung nutzen können. Dieses Papier basiert auf einer Kombination von Gaia-Daten und Daten aus den beiden Katalogen.

Niemand weiß, wie viele außer Kontrolle geratene Sterne unsere Galaxie verlassen, aber Astronomen finden immer mehr davon. Einige Schätzungen gehen davon aus, dass 10 Millionen außer Kontrolle geratene Sterne die Milchstraße verlassen, aber wir wissen es nicht genau. Möglicherweise hängt es von dem Mechanismus ab, der sie vertreibt, und das ist etwas, was Astrophysiker nicht vollständig verstehen.

Diese Studie zielt darauf ab, etwas Licht auf das Phänomen der außer Kontrolle geratenen Sterne zu werfen, indem sie sich speziell mit massereichen Sternen beschäftigt.

„Ein relevanter Anteil der massereichen Sterne sind außer Kontrolle geratene Sterne. Diese Sterne bewegen sich mit einer erheblichen, besonderen Geschwindigkeit im Verhältnis zu ihrer Umgebung“, erklären die Autoren. Sie machten sich daran, die außer Kontrolle geratenen massereichen und frühen Sterne in beiden Katalogen zu entdecken und zu charakterisieren, indem sie Gaia-Daten untersuchten.

„Massive OB-Sterne vom frühen Typ sind die leuchtendsten Sterne in der Milchstraße“, erklären sie. OB-Stars sind nicht nur riesig und jung, sie sind auch extrem heiß. Sie bilden untereinander locker organisierte Gruppen, sogenannte OB-Verbände. Da sie jung und heiß sind, halten sie nicht lange. Sie sind in der Astronomie wichtig, weil sie so massereich und energiereich sind und viele von ihnen als Supernovae explodieren. Aus diesem Grund gibt es spezielle Kataloge, die ihnen gewidmet sind.

Das Team verglich die Gaia-Daten mit den GOSC- und BeSS-Katalogen und kam zu 417 O-Typ-Sternen und 1335 Be-Typ-Sternen, die sowohl in Gaia als auch in den Katalogen vorkommen. Davon fanden sie 106 außer Kontrolle geratene Sterne vom Typ O, was 25,4 % der Sterne im GOSC-Katalog ausmacht. 42 von ihnen wurden neu identifiziert.

Sie fanden 69 außer Kontrolle geratene Be-Sterne, die 5,2 % der Sterne im Be-Sterne-Katalog ausmachen. Davon sind 47 neu identifiziert. Insgesamt bewegen sich die Sterne vom Typ O schneller als die Sterne vom Typ Be.

Warum machen massereiche Sterne einen so hohen Anteil an außer Kontrolle geratenen Sternen aus? Es gibt zwei konkurrierende Theorien, die versuchen, außer Kontrolle geratene Sterne zu erklären, und beide beinhalten massereiche Sterne. Das eine ist das dynamische Auswurfszenario (DES) und das andere ist das binäre Supernova-Szenario (BSS).

OB-Sterne bilden sich oft in Doppelsternpaaren. Im BSS explodiert ein Stern als Supernova und die Explosion erwischt den anderen Stern. Wenn die Situation stimmt, erhält der überlebende Stern so viel Energie in die richtige Richtung, dass er sich aus der Bindung zu seinem Partner, der nun ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch ist, lösen kann. Es kann auch der Anziehungskraft der Milchstraße entkommen. Wenn das passiert, beginnt seine lange Reise in den intergalaktischen Raum.

Im DES gibt es keine dramatische Supernova-Explosion. Stattdessen erfährt ein Stern in einer kompakten, dicht gepackten Region Gravitationswechselwirkungen mit anderen Sternen. Begegnungen zwischen Doppelsternen und Einzelsternen können zu Ausreißern führen, ebenso wie Begegnungen zwischen zwei Doppelsternpaaren. Die OB-Assoziationen, in denen sich Sterne vom Typ O und B bilden, sind die Arten dichter Umgebungen, die außer Kontrolle geratene Sterne auslösen können. Da die meisten dieser Sterne massereich sind, sind es auch die meisten außer Kontrolle geratenen Sterne.

Wissenschaftler beschäftigen sich seit Jahrzehnten mit den beiden Szenarien und diskutieren darüber. In beiden Szenarien können Sterne mit ausreichender Geschwindigkeit entstehen, um der Galaxie zu entkommen. Bei der Untersuchung ihrer Stichprobe von 175 außer Kontrolle geratenen Sternen stellten die Forscher fest, dass ihre Daten eine Erklärung gegenüber der anderen bevorzugen.

„Die höheren Prozentsätze und höheren Geschwindigkeiten, die für O-Typ-Ausreißer im Vergleich zu Be-Typ-Ausreißern gefunden wurden, unterstreichen, dass das dynamische Auswurfszenario wahrscheinlicher ist als das binäre Supernova-Szenario“, schreiben sie.

Die Prozentsätze der Spektraltypen, die in außer Kontrolle geratenen Sternen vertreten sind, helfen, ihre Schlussfolgerung zu erklären. 25 % der O-Typ-Sterne in ihrer Stichprobe sind Ausreißer, im Vergleich zu 5 % der Be-Typ-Sterne. Andere Studien kamen zu anderen Zahlen, aber wie die Autoren betonen, „gibt es Übereinstimmung in dem Sinne, dass der Prozentsatz der außer Kontrolle geratenen O-Sterne deutlich höher ist als der der B- oder Be-Sterne.“

Frühere Untersuchungen zeigen, dass außer Kontrolle geratene Sterne vom O-Typ höhere Geschwindigkeiten haben als Sterne vom B- und Be-Typ. Frühere Untersuchungen zeigen auch, dass der dynamische Auswurf häufig zu schnelleren und massereicheren Ausreißern führt als das Szenario einer binären Supernova. „Die GOSC-Gaia DR3-Sterne haben im Allgemeinen höhere Geschwindigkeiten als die in BeSS-Gaia DR3“, erklären die Autoren, was mit der bisherigen Forschung übereinstimmt.

„Dies verstärkt die Dominanz des DES-Szenarios gegenüber dem BSS-Szenario“, schließen sie.