KI-generierte Illustration eines Doppelsternsystems (Bildnachweis: Mats Esseldeurs)
Am Ende ihres Lebenszyklus verwandeln sich Sterne wie unsere Sonne in pulsierende Rote Riesen, die enorme Mengen an Gas und Staub ausstoßen. Dabei tragen sie zur Entstehung und Verteilung neuer chemischer Elemente im Universum bei und werden so zum Motor des "kosmischen Kreislaufs". Dieses Endstadium der Sternentwicklung ist noch immer nur teilweise verstanden.
Eine wesentliche Frage bleibt: Wie beeinflusst ein naher Begleitstern den Masseverlust und die Entwicklung des Riesen? Verborgen in einer dichten, staubigen Umgebung, entzogen sich diese Begleiter lange Zeit der Entdeckung. Dank neuer Beobachtungen haben Wissenschaftler nun einen dieser Begleiter entdeckt und gezeigt, wie er sich um den Riesenstern bewegt.
Die Studie befasst sich mit π¹ Gruis, einem alternden Riesenstern, der mehr als 7000 Mal heller ist als unsere Sonne. Dieser Stern schleudert große Mengen Gas und Staub durch einen starken Sternwind ins All. Indirekte Hinweise deuteten seit langem auf die Existenz eines nahen Begleitsterns hin, doch dieser blieb durch die staubige Umgebung und die starke Turbulenz um den Riesen verborgen.
"Riesensterne sind schwer zu beobachten. Ihre Umgebung ist so turbulent und staubig, dass selbst nahe Begleitsterne praktisch unsichtbar werden", erklärt Mats Esseldeurs, Doktorand in Co-Betreuung zwischen der KU Leuven und dem CEA-Paris Saclay. "Dank neuer Techniken konnten wir ihre Bewegung nun erstmals direkt verfolgen."
Bilder des Sternsystems π¹ Gru, aufgenommen mit dem ALMA-Observatorium im Juli 2019 und Oktober 2023. Der alternde und sich ausdehnende Rote Riese ist mit einem weißen Kreuz markiert, sein Begleitstern mit einem grauen Kreuz. Die orangen und gelben Ellipsen unten geben die Auflösung (oder "Schärfe") der ALMA-Beobachtungen von 2019 und 2023 an. Die Farben in den Bildern stellen die Intensität des detektierten Signals dar.
Das ALMA-Teleskop durchdringt den Staub
Das Team nutzte das ALMA-Teleskop in Chile, ein Netzwerk von 66 Radioteleskopen, das sich ideal für detaillierte Aufnahmen von Gas- und Staubstrukturen eignet. π¹ Gruis wurde 2019 und erneut 2023 beobachtet. Diese wiederholten Messungen ermöglichten es den Wissenschaftlern, erstmals die Anwesenheit eines Begleitsterns zu bestätigen, der sich auf einer nahezu perfekt kreisförmigen Umlaufbahn um den Riesen bewegt.
"Es ist, als hätten wir live den Tanz zweier Sterne verfolgen können", erklärt Professorin Leen Decin, Astronomin an der KU Leuven. "Diese direkte Beobachtung ändert alles. Bisher konnten wir nur die Existenz eines Begleiters vermuten; jetzt sehen wir ihn tatsächlich um den Riesen kreisen."
Bahn des entwickelten Roten Riesen und seines Begleiters, projiziert auf die Himmelsebene. Die Bahn des Riesen (= M1) ist als weiße gestrichelte Linie dargestellt, die seines Begleiters als gepunktete Linie. Die Zeit schreitet von rechts nach links fort, wie oben (in Jahren) angegeben. Die relativen Oszillationen der beiden Bahnen sind auf die Orbitalbewegung zurückzuführen. Die Beobachtungsdaten sind farbig dargestellt und umfassen Messungen der Weltraummissionen Hipparcos und Gaia sowie des erdgebundenen Teleskops ALMA in Chile.
Neue Perspektiven auf entwickelte Sterne
Das Ergebnis ist überraschend: Die Theorie sagte eine elliptische Umlaufbahn für den Begleitstern voraus, doch wir beobachten eine nahezu perfekt kreisförmige Bahn. Dies deutet darauf hin, dass sich die Umlaufbahn schneller entwickelt als gedacht, aufgrund der kombinierten Wirkung des Masseverlusts des Riesensterns und der Gezeitenwechselwirkungen mit seinem Begleiter.
Dieses Ergebnis erfordert Anpassungen der bestehenden Modelle zur letzten Lebensphase von Riesen mit Begleitern. "Unsere Sonne wird eines Tages ein ähnliches Stadium durchlaufen", fügt Mats Esseldeurs hinzu. "Zu verstehen, wie sich nahe Begleitsterne unter diesen Bedingungen verhalten, hilft uns, besser vorherzusagen, was mit den Planeten um die Sonne geschehen wird und wie der Begleiter die Entwicklung des Riesen selbst beeinflusst."