Das bisher schärfste Bild des massereichsten bekannten Sterns des Universums

Durch Nutzung der Fähigkeiten des 8,1-Meter-Gemini-South-Teleskops in Chile, das Teil des vom NOIRLab der NSF betriebenen Internationalen Gemini-Observatoriums ist, haben Astronomen das bisher schärfste Bild des Sterns R136a1, des massereichsten bekannten Sterns im Universum, erhalten. Ihre Forschung unter der Leitung des NOIRLab-Astronomen Venu M. Kalari stellt unser Verständnis der massereichsten Sterne in Frage und legt nahe, dass sie möglicherweise nicht so massereich sind wie bisher angenommen.

Astronomen müssen noch vollständig verstehen, wie die massereichsten Sterne – die mehr als die 100-fache Masse der Sonne haben – entstehen. Ein besonders herausforderndes Teil dieses Puzzles besteht darin, Beobachtungen dieser Riesen zu erhalten, die normalerweise in den dicht besiedelten Herzen von staubumhüllten Sternhaufen leben. Riesensterne leben auch schnell und sterben jung, wobei sie ihre Treibstoffreserven in nur wenigen Millionen Jahren aufbrauchen. Im Vergleich dazu hat unsere Sonne weniger als die Hälfte ihrer Lebensdauer von 10 Milliarden Jahren hinter sich. Die Kombination aus dicht gepackten Sternen, relativ kurzer Lebensdauer und enormen astronomischen Entfernungen macht die Unterscheidung einzelner massereicher Sterne in Haufen zu einer entmutigenden technischen Herausforderung.

Durch die Steigerung der Fähigkeiten des Zorro-Instruments am Gemini South-Teleskop des International Gemini Observatory, das vom NOIRLab der NSF betrieben wird, haben Astronomen das bisher schärfste Bild von R136a1 erhalten – dem massereichsten bekannten Stern. Dieser kolossale Stern ist ein Mitglied des Sternhaufens R136, der etwa 160.000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Zentrum des Tarantelnebels in der Großen Magellanschen Wolke liegt, einer zwergartigen Begleitgalaxie der Milchstraße.

Frühere Beobachtungen deuteten darauf hin, dass R136a1 eine Masse zwischen dem 250- und 320-fachen der Sonnenmasse hatte. Die neuen Zorro-Beobachtungen deuten jedoch darauf hin, dass dieser Riesenstern möglicherweise nur die 170- bis 230-fache Masse der Sonne hat. Selbst mit dieser niedrigeren Schätzung gilt R136a1 immer noch als der massereichste bekannte Stern.

Astronomen können die Masse eines Sterns schätzen, indem sie seine beobachtete Helligkeit und Temperatur mit theoretischen Vorhersagen vergleichen. Das schärfere Zorro-Bild ermöglichte es dem NOIRLab-Astronomen Venu M. Kalari von NSF und seinen Kollegen, die Helligkeit von R136a1 genauer von seinen nahen stellaren Begleitern zu trennen, was zu einer niedrigeren Schätzung seiner Helligkeit und damit seiner Masse führte.

„Unsere Ergebnisse zeigen uns, dass der massereichste Stern, den wir derzeit kennen, nicht so massereich ist, wie wir bisher angenommen hatten“, erklärte Kalari, Hauptautorin des in veröffentlichten Artikels Das Astrophysikalische Journal. „Dies deutet darauf hin, dass die Obergrenze der Sternmasse auch kleiner sein könnte als bisher angenommen.“

Dieses Ergebnis hat auch Auswirkungen auf die Herkunft von Elementen im Universum, die schwerer als Helium sind. Diese Elemente entstehen während des katastrophalen explosiven Todes von Sternen mit mehr als 150 Sonnenmassen in Ereignissen, die Astronomen als Paarinstabilitäts-Supernovae bezeichnen. Wenn R136a1 weniger massereich ist als bisher angenommen, könnte dies auch für andere massereiche Sterne gelten, und folglich könnten Paarinstabilitäts-Supernovae seltener sein als erwartet.

Der Sternhaufen, der R136a1 beherbergt, wurde zuvor von Astronomen mit dem NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble und einer Vielzahl von bodengestützten Teleskopen beobachtet, aber keines dieser Teleskope konnte Bilder aufnehmen, die scharf genug waren, um alle einzelnen Sternmitglieder des nahe gelegenen Haufens zu erkennen .

Das Zorro-Instrument von Gemini South war in der Lage, die Auflösung früherer Beobachtungen zu übertreffen, indem eine als Speckle Imaging bekannte Technik verwendet wurde, die es bodengestützten Teleskopen ermöglicht, einen Großteil des Unschärfeeffekts der Erdatmosphäre zu überwinden. Durch die Aufnahme vieler tausend Kurzbelichtungsbilder eines hellen Objekts und die sorgfältige Verarbeitung der Daten ist es möglich, diese Unschärfe fast vollständig auszugleichen. Dieser Ansatz sowie die Verwendung adaptiver Optiken können die Auflösung von bodengestützten Teleskopen dramatisch erhöhen, wie die scharfen neuen Zorro-Beobachtungen des Teams von R136a1 zeigen.

„Dieses Ergebnis zeigt, dass ein an seine Grenzen getriebenes 8,1-Meter-Teleskop unter den richtigen Bedingungen nicht nur mit dem Hubble-Weltraumteleskop konkurrieren kann, wenn es um die Winkelauflösung geht, sondern auch mit dem James-Webb-Weltraumteleskop“, kommentierte Ricardo Salinas, ein Co-Autor dieses Papiers und der Instrumentenwissenschaftler für Zorro. „Diese Beobachtung geht an die Grenze dessen, was mit Speckle Imaging für möglich gehalten wird.“

„Wir begannen diese Arbeit als explorative Beobachtung, um zu sehen, wie gut Zorro diese Art von Objekten beobachten konnte“, sagte Kalari. „Während wir bei der Interpretation unserer Ergebnisse zur Vorsicht mahnen, deuten unsere Beobachtungen darauf hin, dass die massereichsten Sterne möglicherweise nicht so massereich sind, wie man früher dachte.“

Zorro und sein Zwillingsinstrument ‚Alopeke sind identische Bildgeber, die an den Teleskopen Gemini South bzw. Gemini North montiert sind. Ihre Namen sind die hawaiianischen und spanischen Wörter für „Fuchs“ und repräsentieren die jeweiligen Standorte der Teleskope auf Maunakea in Hawaii und auf Cerro Pachón in Chile. Diese Instrumente sind Teil des Visiting Instrument Program des Gemini Observatory, das neue Wissenschaften ermöglicht, indem es innovative Instrumente beherbergt und spannende Forschung ermöglicht. Steve B. Howell, derzeitiger Vorsitzender des Gemini Observatory Board und Senior Research Scientist am NASA Ames Research Center in Mountain View, Kalifornien, ist der leitende Forscher an beiden Instrumenten.

„Gemini South verbessert weiterhin unser Verständnis des Universums und verändert die Astronomie, wie wir sie kennen. Diese Entdeckung ist ein weiteres Beispiel für die wissenschaftlichen Leistungen, die wir vollbringen können, wenn wir internationale Zusammenarbeit, erstklassige Infrastruktur und ein herausragendes Team kombinieren“, sagte er NSF Gemini Program Officer Martin Still.

Bereitgestellt von der Association of Universities for Research in Astronomy (AURA)