BLACK HOLES

Unter den richtigen Bedingungen könnten Sterne unsterblich werden. Wie ist das möglich und was bedeutet das für die Umgebung dieser Sterne?

Dieses Bild, das Röntgen- und Infrarotdaten von NASA-Teleskopen mit optischen Beobachtungen eines Amateurastronomen kombiniert, zeigt Centaurus A, die fünfthellste Galaxie am Nachthimmel. Sie ist eine von vielen Galaxien, die einen aktiven Galaxienkern beherbergen. Röntgen: NASA / CXC / SAO; Optisch: Rolf Olsen; Infrarot: NASA / JPL-Caltech

Sterne singen seit Beginn des Universums dasselbe Lied: Sie werden geboren, Sie verschmelzen Wasserstoff zu Helium, Sie driften von der Hauptsequenz ab und schließlich werden Sie in den Kosmos zurückgeführt. Unter den richtigen Bedingungen könnten Sterne jedoch unsterblich werden. Wie ist das möglich und was bedeutet das für die Umgebung dieser Sterne?

Lebe schnell, stirb nie

Aktiver galaktischer Kern (künstlerische Darstellung)Künstlerische Darstellung der Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen einer aktiven Galaxie. ESO / M. Kornmesser

Viele Galaxien beherbergen einen aktiven galaktischen Kern – eine leuchtende Scheibe aus Gas und Staub, die ein zentrales supermassereiches Schwarzes Loch umkreist. So extrem diese Umgebung auch sein mag, Sterne können in diesen Scheiben leben, und Astronomen vermuten, dass einige dieser Sterne unsterblich sein könnten.

Während diese Sterne in ihren Kernen Wasserstoff in Helium umwandeln, füllen sie ständig ihre Wasserstoffspeicher aus der umgebenden Scheibe auf. Infolgedessen geht ihnen nie der Treibstoff aus, sie verlassen nie die Hauptsequenz und sterben nie. Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Adam Jermyn (Flatiron Institute) untersucht, wie diese extremen Sterne die Entwicklung der sie umgebenden Scheibe beeinflussen könnten.

Trinken aus dem stellaren Jungbrunnen

Diagramm von Sternen in einer Scheibe um ein supermassereiches Schwarzes LochDie Scheibe um ein supermassives Schwarzes Loch (SMBH) fängt die meisten Sterne innerhalb von rcap ein. Die Sterne innerhalb von rmax wachsen und werden unsterblich, während die außerhalb der Scheibe oder jenseits von rmax wenig Gas ansammeln. Jermyn et al. / Astrophysikalische Zeitschrift 2022

Jermyn und Mitarbeiter betrachteten Scheiben mit kurzer (0,1 Millionen Jahre) und langer (10 Millionen Jahre) Lebensdauer und schätzten, dass diese Scheiben 1.000 bzw. 20.000 Sterne aus den inneren Regionen ihrer Galaxien einfangen würden. Die kurzlebige Scheibe enthält nur genug Masse, um 300 dieser Sterne zur Unsterblichkeit zu erheben, während die langlebige Scheibe alle 20.000 Sterne tragen kann.

In beiden Scheiben wachsen die unsterblichen Sterne auf 300 Sonnenmassen an und haben massive konvektive Kerne. Das ständige Aufwirbeln bringt frischen Wasserstoff in ihre Kerne und transportiert Helium nach außen an ihre Oberfläche. Von dort tragen heftige Sternwinde das heliumreiche Gas in die Scheibe hinaus und erhöhen die Heliummenge in der Nähe des Schwarzen Lochs. Die Folgen dieser chemischen Verbesserung sind noch nicht klar – sie könnte unsterblichen Sternen ihre Superkräfte rauben, da das Aufsaugen von heliumreichem Material dazu führt, dass sie ihren Wasserstoff schneller verbrennen, als er wieder aufgefüllt werden kann – aber die Messung der Heliumhäufigkeit in aktiven galaktischen Kernen kann eine Möglichkeit bieten, den Grad der chemischen Anreicherung zu testen.

Unsterblich nicht mehr

Schema des Schwarzen Lochs, der umgebenden Scheibe und des Sterns in der ScheibeDiese Abbildung zeigt, dass das Gas in Sternwinden die Scheibe in den innersten Regionen speist, wo die Fluchtgeschwindigkeit hoch ist, und aus der Scheibe in den äußeren Regionen entweicht, wo die Fluchtgeschwindigkeit niedrig ist. Jermyn et al. / Astrophysikalische Zeitschrift 2022

Helfen oder behindern unsterbliche Sterne das Überleben der Scheibe? Beide Ergebnisse sind möglich. Die Winde dieser Sterne füllen wahrscheinlich die inneren Regionen der Scheibe auf, aber sie können auch Material dazu bringen, aus den äußeren Regionen der Scheibe zu entweichen. Darüber hinaus bleiben aktive galaktische Kerne nicht für immer aktiv – wenn sich die Scheibe aufzulösen beginnt, verlieren die Sterne einen Großteil ihrer Masse und geben der Scheibe einen letzten Schub, bevor die Sterne in das Reich der Sterblichen zurückkehren und sich zu Schwarzen Löchern entwickeln.

Die Autoren weisen darauf hin, dass ihre Schätzungen noch unsicher sind, aber es ist klar, dass unsterbliche Sterne eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der innersten Regionen einer Galaxie spielen können. Zukünftige Arbeiten könnten die Folgen einer Spiralbewegung von mit Helium angereichertem Gas um ein supermassereiches Schwarzes Loch untersuchen oder die Auswirkungen von Sternen bewerten, die sich innerhalb der Scheibe selbst bilden. Natürlich bieten unsterbliche Sterne eine Menge Arbeit für Modellierer und Beobachter gleichermaßen – Unsterblichkeit mag außerhalb unserer Reichweite liegen, aber zumindest können wir stellvertretend durch diese Sterne leben!

Zitat

„Auswirkungen einer unsterblichen Sternpopulation in AGN-Scheiben“, Adam S. Jermyn et al. 2022 ApJ 929 133. doi: 10.3847/1538-4357/ac5d40


Dieser Beitrag erschien ursprünglich auf AAS Nova, das Forschungshighlights aus den Zeitschriften der American Astronomical Society enthält.


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