Die Bilder des Sterns R Doradus wurden mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), einem Teleskop, das der Europäischen Südsternwarte (ESO) gehört, im Juli und August 2023 aufgenommen. Sie zeigen riesige, heiße Gasblasen, 75-mal so groß wie die Sonne, die an der Oberfläche erscheinen und sich schneller als erwartet in den Stern hinein zurückziehen.
"Es ist das erste Mal, dass die siedende Oberfläche eines echten Sterns auf diese Weise gezeigt werden kann" (1), sagt Wouter Vlemmings, Professor an der Technischen Universität Chalmers in Schweden und Hauptautor der in der Zeitschrift Nature heute veröffentlichten Studie. "Wir haben nicht erwartet, dass die Daten von so hoher Qualität sein würden, dass wir so viele Details der Konvektion an der Oberfläche des Sterns sehen könnten."
Sterne produzieren Energie in ihrem Kern durch Kernfusion. Diese Energie kann in Form gigantischer, heißer Gasblasen an die Oberfläche des Sterns transportiert werden, die sich dann abkühlen und absinken – ähnlich wie eine Lavalampe. Diese Mischbewegung, Konvektion genannt, verteilt die im Kern gebildeten schweren Elemente wie Kohlenstoff und Stickstoff im gesamten Stern. Es wird auch angenommen, dass sie für Sternwinde verantwortlich ist, die diese Elemente ins All hinaus befördern, um neue Sterne und Planeten zu bilden.
Bislang wurden Konvektionsbewegungen in anderen Sternen als der Sonne noch nie so detailliert beobachtet. Mithilfe von ALMA konnte das Team hochauflösende Bilder der Oberfläche von R Doradus über einen Zeitraum von einem Monat erhalten.
R Doradus ist ein roter Riesenstern, dessen Durchmesser etwa 350-mal so groß ist wie der der Sonne und der sich etwa 180 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Schwertfisch befindet. Seine enorme Größe und Nähe zur Erde machen ihn zu einem idealen Ziel für detaillierte Beobachtungen. Darüber hinaus hat er eine ähnliche Masse wie die Sonne, was bedeutet, dass R Doradus wahrscheinlich dem ähnelt, wie unsere Sonne in fünf Milliarden Jahren aussehen wird, wenn sie ein roter Riese geworden ist.
"Die Konvektion ist für die wunderschöne granulare Struktur verantwortlich, die auf der Oberfläche der Sonne zu sehen ist, aber es ist schwierig, sie bei anderen Sternen zu beobachten", fügt Theo Khouri, Forscher an der Universität Chalmers und Co-Autor der Studie, hinzu. "Dank ALMA konnten wir nicht nur die Konvektionsgranulen direkt beobachten – die 75-mal so groß sind wie die der Sonne! –, sondern auch erstmals die Geschwindigkeit messen, mit der sie sich bewegen."
Die Granulen von R Doradus scheinen sich in einem monatlichen Zyklus zu bewegen, was schneller ist, als Wissenschaftler aufgrund der Konvektion der Sonne erwartet hatten. "Wir wissen noch nicht, was diese Diskrepanz erklärt. Es scheint, dass sich die Konvektion verändert, wenn der Stern altert, auf eine Weise, die wir noch nicht verstehen", erklärt Wouter Vlemmings. Beobachtungen wie die von R Doradus helfen uns, das Verhalten von Sternen wie der Sonne zu verstehen, auch wenn sie so kalt, groß und brodelnd werden wie R Doradus.
"Es ist spektakulär, dass wir nun in der Lage sind, ein direktes Bild der Details der Oberfläche so weit entfernter Sterne zu erhalten und physikalische Phänomene zu beobachten, die bisher nur in unserer Sonne zu sehen waren", schließt Behzad Bojnodi Arbab, Doktorand an der Universität Chalmers, der ebenfalls an der Studie teilgenommen hat.
Anmerkungen
(1) Konvektionsblasen wurden bereits auf der Oberfläche von Sternen detailliert beobachtet, insbesondere mit dem PIONIER-Instrument des Very Large Telescope Interferometers der ESO. Die neuen ALMA-Beobachtungen ermöglichen jedoch erstmals die Verfolgung der Blasenbewegung in einer Weise, die bisher nicht möglich war.