Laufende Sterne könnten das Universum weit über ihre Heimatgalaxien hinaus beeinflussen

Dutzende flüchtiger Sterne wurden dabei erwischt, wie sie einen dichten Sternhaufen in einer Satellitengalaxie der Milchstraße fliehen. Der Schwarm rasender Sterne könnte bedeuten, dass solche Ausreißer einen größeren Einfluss auf die kosmische Evolution haben könnten, als bisher angenommen, berichten Astronomen am 9. Oktober in Nature.

Massive Sterne werden in jungen Clustern geboren, die so dicht gepackt sind, dass sie sich gegenseitig aus dem Gleichgewicht bringen können. Manchmal können Begegnungen zwischen Paaren von massereichen Sternen oder benachbarten Supernova-Explosionen einen Stern komplett aus dem Cluster herauskatapultieren, um sein Glück in der weiteren Galaxie und darüber hinaus zu suchen.

Der Astronom Mitchel Stoop und seine Kollegen suchten nach flüchtigen Sternen rund um einen riesigen Cluster massereicher Sterne namens Radcliffe 136 anhand von Daten des Gaia-Raumschiffs über die Geschwindigkeiten und Positionen von Milliarden von Sternen. R136 liegt etwa 170.000 Lichtjahre von der Erde entfernt in der Großen Magellanschen Wolke, einer Zwerggalaxie, die die Milchstraße umkreist.

Der Cluster "ist ein ikonisches Objekt", sagt Astrophysikerin Sally Oey von der University of Michigan in Ann Arbor, die nicht an der neuen Arbeit beteiligt war. Die Sicht von der Nähe der Erde aus ist so klar, "wir können die Dinge wirklich nah und persönlich betrachten."

Frühere Studien hatten einige Sterne identifiziert, die aus dem Cluster geflohen waren. Doch bei einer umfangreicheren Suche fand Stoop erstaunlicherweise heraus, dass 55 Sterne in den letzten 3 Millionen Jahren mit Geschwindigkeiten von mehr als ungefähr 100.000 Kilometern pro Stunde geflohen waren.

"Das ist eine unglaubliche Anzahl, über die man nachdenken kann", sagt Stoop. Die Beobachtung legt nahe, dass bis zu einem Drittel der hellsten, massivsten Sterne, die im Cluster geboren wurden, ihr Zuhause verlassen haben.

Das bedeutet, dass flüchtige Sterne eine unterschätzte Kraft im Universum sein könnten. Diese massereichen Sterne, etwa fünf bis 140 Mal so massiv wie die Sonne, senden ultraviolette Strahlung und Überschall-Sternewinde aus, die das Gas und den Staub um sie herum formen können. Am Ende ihres Lebens explodieren die massiven Sterne als Supernovae und verbreiten schwere Elemente in der Galaxie.

"Früher hätten wir vielleicht erwartet, dass es nur eine Handvoll Ausreißer gibt", sagt Stoop. Aber aufgrund ihrer vermuteten geringen Anzahl würden sie aus Studien und Simulationen ausgeschlossen werden. Wenn jeder Cluster stattdessen etwa ein Drittel seiner Sterne an die umgebende Galaxie oder sogar den Raum zwischen Galaxien verliert, "können sie vielleicht einen bedeutenden Beitrag dazu leisten, all diese ultravioletten Photonen ins intergalaktische Medium zu entladen."

Derartige Ausreißer könnten auch einen tiefgreifenden Einfluss auf die Entwicklung des frühen Universums gehabt haben. Innerhalb von ein paar hundert Millionen Jahren nach dem Urknall vor mehr als 13 Milliarden Jahren wurde Elektronen von einem allgegenwärtigen Nebel aus Wasserstoffatomen entzogen, ein Phänomen, das Reionisation genannt wird.

Astronomen denken, dass die meisten Photonen, also Lichtteilchen, die den kosmischen Nebel klärten, aus Zwerggalaxien kamen. Doch Simulationen haben ergeben, dass nur ein Bruchteil der benötigten Photonen aus den Umgebungen dieser Galaxien entweichen kann. Flüchtige Sterne könnten dazu beitragen, diesen Unterschied zu erklären, sagt Stoop.

"Vielleicht ist dies auch in [frühen Universums] Galaxien passiert, während der Epoche der Reionisation", sagt er.

Oey sagt: "Es besteht kein Zweifel daran, dass flüchtige Sterne wirklich wichtig sind und bisher unterschätzt wurden." Aber, sagt sie, gebe es auch andere Möglichkeiten, ionisierende Strahlung aus Galaxien zu erhalten, und es sei nicht klar, welchen Unterschied es machen würde, flüchtige Sterne einzubeziehen.

Der Zeitpunkt des Ausbruchs der Sterne aus R136 könnte auch die allgemeine Bedeutung flüchtiger Sterne für die Reionisation stören.

Überraschenderweise wanderten die Sterne nicht alle in einer Welle aus. Die Wissenschaftler wissen das, weil sie die Geschwindigkeiten und Entfernungen der Sterne haben und berechnen können, wann sie mit ihrem Ausbruch begonnen haben. Die meisten Ausreißer haben R136 vor etwa 1,8 Millionen Jahren in alle Richtungen verlassen, als der Cluster sich bildete. Dies wäre zu erwarten, wenn sie durch Begegnungen mit anderen massiven Sternen ausgestoßen wurden.

Doch 16 der Ausreißer haben den Cluster erst vor kurzem, vor nur etwa 200.000 Jahren, verlassen. Und sie flohen alle in die gleiche Richtung. Stoop und seine Kollegen glauben, dass der Ausbruch dieser Sterne durch eine Fusion mit einem anderen Cluster ausgelöst worden sein könnte.

"Das scheint wie ein ziemlich einzigartiges Ereignis zu sein", sagt Astrophysikerin Kaitlin Kratter von der University of Arizona in Tucson. Wenn die doppelte Ausstoßung von R136 ungewöhnlich ist, könnte es schwierig sein abzuschätzen, wie viele Sterne andere Cluster in ihrer kosmischen Umgebung verlieren. Hinweise auf ähnliche Wellen in anderen Clustern würden helfen, die Frage zu klären.