Ein kosmischer Durchbruch: Eine Scheibe eines extragalaktischen Sterns zum ersten Mal beobachten

Dieser Künstlereindruck zeigt das HH 1177-System, das sich in der Großen Magellanschen Wolke befindet, einer Nachbargalaxie unserer eigenen. Der junge und massereiche leuchtende Stern in der Mitte sammelt Materie von einer staubigen Scheibe ein, während er auch Materie in kraftvollen Jets ausstößt. Mit Hilfe des Atacama Large Millimeter-/Submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO beteiligt ist, konnte ein Team von Astronomen Hinweise auf das Vorhandensein dieser Scheibe finden, indem sie ihre Rotation beobachteten. Dies ist das erste Mal, dass eine Scheibe um einen jungen Stern, die Art von Scheibe, die in unserer eigenen Galaxie Planeten bildet, in einer anderen Galaxie entdeckt wurde. Kredit: ESO/M. Kornmesser

Rice-Wissenschaftler helfen dabei, Beweise für eine Akkretionsscheibe um einen jungen Stern außerhalb der Milchstraße zu finden

Astronomen haben erstmals Hinweise auf eine rotierende Scheibe um einen massereichen jungen Stern in einer benachbarten Galaxie entdeckt. Megan Reiter, Assistenzprofessorin für Physik und Astronomie an der Rice University, war Teil des Forschungsteams, das seine Entdeckung in einer Studie in Nature bekannt gab.

"Das ist ein starker Beweis dafür, dass hochmassige Sterne, die mehrere Male größer sind als die Sonne, auf die gleiche Weise entstehen wie Sterne mit geringerer Masse", sagte Reiter. "Das ist schon lange eine große Frage gewesen."

In der Großen Magellanschen Wolke, einer Galaxie neben der Milchstraße, wurde der Stern mit der Scheibe zum ersten Mal dank eines Protosternstrahls entdeckt, einer charakteristischen Eigenschaft von sich bildenden Sternen.

Mit den kombinierten Fähigkeiten des Very Large Telescope (VLT) der ESO und des Atacama Large Millimeter-/Submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO beteiligt ist, wurde eine Scheibe um einen jungen massereichen Stern in einer anderen Galaxie beobachtet. Beobachtungen des Multi Unit Spectroscopic Explorers (MUSE) am VLT links zeigen die Mutterwolke LHA 120-N 180B, in der dieses System, genannt HH 1177, zuerst beobachtet wurde. Das Bild in der Mitte zeigt die begleitenden Jets. Der obere Teil des Jets ist leicht auf uns gerichtet und daher blaugeschoben; der untere entfernt sich von uns und ist daher rotverschoben. Beobachtungen von ALMA rechts enthüllten dann die rotierende Scheibe um den Stern, ähnlich wie Seiten, die sich auf uns zu und von uns weg bewegen. Kredit: ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. McLeod et al.

"Wenn sich ein Stern bildet, kollabiert die umgebende Materiewolke und bildet eine Scheibe", sagte Reiter. "Die Scheibe bringt Material auf den Stern, der etwa 1-10% davon in diese großen bipolaren Jets abwirft. Diese Jets können ziemlich groß sein, sodass sie leicht zu erkennen sind. Weil sie als Teil dieses Akkretionsprozesses ausgestoßen werden, sind die Jets auch ein Stück Geschichte, das etwas darüber aussagen kann, wie der Stern entsteht."

Der Jet wurde zuerst mit dem Multi Unit Spectroscopic Explorer am European Southern Observatory's Very Large Telescope entdeckt.

Diese Mosaikaufnahme zeigt im Zentrum ein echtes Bild des jungen Sternsystems HH 1177 in der Großen Magellanschen Wolke, einer Galaxie neben der Milchstraße. Das Bild wurde mit dem Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) am Very Large Telescope (VLT) der ESO aufgenommen und zeigt Jets, die von dem Stern gestartet werden. Die Forscher verwendeten dann das Atacama Large Millimeter-/Submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO beteiligt ist, um Hinweise auf eine Scheibe um den jungen Stern zu finden. Ein Künstlereindruck des Systems, der sowohl die Jets als auch die Scheibe zeigt, wird im rechten Panel gezeigt. Kredit: ESO/A. McLeod et al./M. Kornmesser

"Nachdem wir den Jet gesehen hatten, war die nächste logische Schlussfolgerung, dass diese Jets von einer Scheibe stammen müssen - es muss eine Scheibe um diesen Stern herum geben", sagte Reiter.

Um diese Hypothese zu testen, verwendete das Team das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) in Chile, um Daten über den jungen Stern und seine Umgebung zu sammeln.

"Es ist eine Herausforderung, eine Scheibe um einen massereichen Stern zu entdecken, vor allem weil es ein relativ kurzlebiges Phänomen ist", erklärte Reiter und erläuterte, dass ein massearmer Stern wie die Sonne - mit einer ungefähren Lebensdauer von 10 Milliarden Jahren - nur für 3-10 Millionen Jahre während seiner Entstehung eine Scheibe hätte.

Darüber hinaus neigen die Sternenstaubwirbel um massereiche Sterne zumindest in der Milchstraße dazu, ihre Umgebung zu verbergen und es somit schwierig zu machen, eine sich bildende Scheibe zu beobachten. Glücklicherweise ist die Sichtbarkeit in der Großen Magellanschen Wolke, wo sich die Materie zur Sternentstehung unterscheidet, viel besser.

“It’s arguably more exciting to discover a disc in this neighboring galaxy as opposed to our own, because the conditions there are closer to what we think things were like earlier in the universe,” Reiter said. “It’s like we’re getting a window into how stars formed earlier on in the evolution of the universe.”

Megan Reiter is an assistant professor of physics and astronomy at Rice University. Credit: Brandon Martin/Rice University

Anna McLeod, an associate professor at Durham University in the U.K. and lead author of the study, said that upon seeing evidence for a rotating structure in the ALMA data, she and her team could scarcely believe they had detected the first extragalactic accretion disc.

“It was a special moment,” McLeod said. “We know discs are vital to forming stars and planets in our galaxy, and here for the first time we’re seeing direct evidence for this in another galaxy.”