Das wahre Bild eines Giganten

Hochaufgelöste Beobachtungen des Sterns Beteigeuze im Orion mit dem VLT-Interferometer in Chile

Einem internationalen Team von Astronomen unter der Leitung von Keiichi Ohnaka vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn ist die bisher schärfste Darstellung eines sterbenden Riesensterns gelungen. Zum ersten Mal konnten sie zeigen, wie sich das Gas in unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche des Sterns bewegt. Die Beobachtung wurde ermöglicht durch die Verbindung von drei Teleskopen mit je 1,80 m Durchmesser zu einem Interferometer mit der Auflösung eines virtuellen Riesenteleskops von 48 m Durchmesser. Mit Hilfe des VLT-Interferometers der europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile entdeckten die Wissenschaftler, dass das Gas in der Atmosphäre des sterbenden Sterns sich in gewaltigen Blasen heftig auf und abbewegt, und dass diese Blasen fast die Größe des Sterns selbst erreichen können. Diese riesigen Blasen spielen vermutlich eine Schlüsselrolle beim Ausstoß von Material aus der Atmosphäre des Sterns in den umgebenden Raum, bevor er schließlich als Supernova explodiert (Astronomy & Astrophysics, 2009, im Druck).

Abbildung 1: Künstlerische Darstellung des Riesensterns Beteigeuze im Sternbild Orion. Das Bild zeigt, wie eine gewaltige Menge von Material von der Oberfläche des Sterns in den umgebenden Raum hinausgeschleudert wird. Der Durchmesser des Riesensterns übersteigt die Dimensionen des inneren Sonnensystems (die komplette Umlaufbahn des Mars würde noch innerhalb des Sterns liegen). Mit den vorliegenden Beobachtungen kann zum ersten Mal gezeigt werden, wie gewaltige Blasen sich an der Oberfläche des Sterns auf- und abbewegen. Das Bild zeigt darüber hinaus eine sehr ausgedehnte Struktur. Sie erstreckt sich über einen noch größen Abstand in die Umgebung und wurde von einem weiteren Astronomenteam mit dem VLT-Instrument NACO entdeckt.
Bild: ESO/L. Calcada (siehe auch hochauflösende Versionen mitGrößenskala um 90 Grad gedreht).

Wenn man in einer klaren Winternacht die Sterne am Himmel beobachtet, bemerkt man einen hellen, orangeleuchtenden Stern an der linken Schulter des Sternbilds Orion (des Jägers), der sich von den anderen eher bläulich-weiß leuchtenden Sternen deutlich unterscheidet. Das ist Beteigeuze, und man kann ihn sogar am lichtdurchfluteten Großstadthimmel erkennen. Es handelt sich um einen Überriesen, eien Stern von gewaltigem Durchmesser, der, ins Sonnensystem versetzt, die inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars veschlucken und sich fast bis zur Umlaufbahn von Jupiter erstrecken würde. Dieser Stern strahlt extrem hell; er sendet 100000mal mehr Licht aus als die Sonne. Beteigeuze als roter Überriese befindet sich in der letzten Phase seines ohnehin recht kurzen Lebens von nur einigen Millionen Jahren Dauer. Sterne wie Beteigeuze transportieren eine riesige Menge von Material in Form von Molekülen und Staub von der Oberfläche nach draußen, das für den Aufbau der nächsten Generation von Sternen zur Verfügung steht, vielleicht auch von Planeten ähnlich der Erde. Tatsächlich verliert Beteigeuze Material von ungefähr einer Erdmasse pro Jahr in Form eines heftigen "Sternwinds".

Wie verlieren diese Sterne einen Teil ihrer Masse, der normalerweise durch die Gravitation an den Stern gebunden wäre? Der genaue Vorgang blieb lange Zeit ein Rätsel. Am besten wäre es, wenn man den Ablauf unmittelbar am Ort seiner Entstehung beobachten könnte, also dort, wo die Materie von der Oberfläche des Sterns herausgeschleudert wird. Das stellt hohe Anforderungen an die Beobachtungstechnik. Obwohl Beteigeuze ein Stern mit einem riesigen Durchmesser ist, erscheint er aufgrund seiner Entfernung von 640 Lichtjahren auch in den größten Teleskopen lediglich als verwaschener rötlicher Fleck (sein Durchmesser von 1,3 Milliarden Kilometern entspricht nicht mehr als 43 Milli-Bogensekunden (mas) bei dieser Entfernung!)

Die Astronomen benötigen eine spezielle Beobachtungstechnik für die Auflösung von Strukturen auf dieser Skala. Die Zusammenschaltung von zwei oder mehr Einzelteleskope in Form eines sogenannten Interferometers ermöglicht eine wesentlich höhere Winkelauflösung als mit den einzelnen Teleskopen. Das "Very Large Telescope Interferometer" (VLTI) auf dem Cerro Paranal in Chile, das von der Europäischen Südsternwarte (ESO) betrieben wird, ist eines der größten Interferometer der Erde. Ein Team von Astronomen aus Instituten in Deutschland, Frankreich und Italien hat Beteigeuze mit dem AMBER-Instrument zur Interferometrie im Nahinfrarot beobachtet. Das mit AMBER erreichte Auflösungsvermögen wäre hinreichend, um eine 1-Euro-Münze auf dem Brandenburger Tor in Berlin von Bonn aus zu erkennen.

"Unsere AMBER-Messungen ermöglichen den bisher schärfsten Blick auf Beteigeuze", sagt Keiichi Ohnaka vom MPIfR, der Erstautor der hier beschriebenen Studie. "Es ist zum ersten Mal möglich, Gasbewegungen in der Atmosphäre eines anderen Sterns als der Sonne räumlich aufzulösen. So können wir die Gasbewegungen in unterschiedlichen Bereichen der Sternoberfläche studieren."

Die AMBER-Beobachtungen zeigen, dass das Gas in der Atmosphäre von Beteigeuze heftige Auf- und Abbewegungen zeigt. Der Durchmesser der beobachteten Gasblasen ist ebenfalls gigantisch und erreicht sogar die Dimensionen des Sterns selbst (es treten Gasblasen vom Durchmesser der Marsbahn auf, die sich mit 40000 km/h bewegen). Während die Entstehung dieser Gasblasen noch nicht restlos geklärt ist, zeigen die AMBER-Beobachtungen aber bereits jetzt, wie der Massenverlust bei dem Roten Überriesen Beteigeuze funktioniert: die gewaltigen Gasblasen stoßen Materie von der Sternoberfläche in den umgebenden Raum aus. Das bedeutet auch, das die Materie nicht ruhig und gleichförmig als Sternwind abgeblasen wird, sondern eher explosiv in Form von Materiebögen oder Klumpen.

Der Tod dieses gewaltigen Sterns wird in einigen Tausend bis Hunderttausend Jahren erwartet. Er wird begleitet sein von einem kosmischen Feuerwerk, das man "Supernova" nennt, ähnlich wie bei der berühmten Supernova 1987A in der Großen Magellanischen Wolke vor mehr als zwanzig Jahren. Da Beteigeuze aber in wesentlich geringerem Abstand von der Erde steht (640 gegenüber 160000 Lichtjahren), wird er als Supernova sehr viel heller werden, so dass man ihn mit bloßem Auge sogar am Taghimmel wird sehen können.

Abbildung 2: Vorbereitung für VLTI-Beobachtungen am Cerro Paranal. Zwei Kuppeln der 1,80m-Teleskope ("Auxiliary Telescopes", ATs) sind bereits geöffnet, die dritte wird bald folgen. Im Hintergrund einer der vier Schutzbauten für die 8,20m-Teleskope des "Very Large Telescope" (VLT).
Bild: K. Ohnaka, MPIfR (aufgenommen mit einer Filmkamera). Bitte Anklicken für höhere Auflösung!