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Abb. 1:
Der junge Stern, jetzt im galaktischen Halo, wurde vom äußeren Rand
der galaktischen Scheibe geschleudert (Heber et al., 2008, A&A, 483, L21),
nicht aus dem galaktischen Zentrum, wie man erwartet hatte (schematische
Aussenansicht der Milchstraße).
Originalbild in Abb. 1 mit freundlicher Genehmigung der ESO.
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Abb. 2:
Das Häufigkeitsmuster chemischer Elemente von HD 271791 weist
Verunreinigung durch eine Supernova-/Hypernova-Explosion auf (gefüllte
Kreise; Häufigkeit relativ zur Sonne als Funktion der Atomzahl Z, normiert
auf Eisen; offene Rechtecke Ergebnisse von Nomoto et al. 2006, NuPhA, 777,
424).
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Abb. 3:
Doppelsternszenario zur Beschleunigung von HD 271791.
a) Ausgangssituation: weites Doppelsternsystem, Primärkomponente
M1 > 55 Sonnenmassen,
Sekundärkomponente M2 = 11 Sonnenmassen (HD 271791)
b) Schnelle Expansion der Primärkomponente nahe dem Ende des
Wasserstoff-Brennens: gemeinsame Hülle und spiralförmige
Einwärtsbewegung des Begleitsterns; Verlust der Hülle.
c) Kurzperiodisches Doppelsternsystem, M1 = 20 Sonnenmassen
(Wolf-Rayet-Stern mit starken Sternenwind), M2 = 11 Sonnenmassen
d) Asymmetrische Hypernova-/Supernova-Explosion der Primärkomponente, Bildung
eines schwarzen Loches und zeitgleich
e) Zerreißen des Systems: HD 271791 entflieht.
Wir danken Frau Mayr-Ihbe (MPE/MPA) für die Bearbeitung der
Originalabbildungen 1 und 3.
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Das Forscherteam analysierte Daten des ESO 2.2m Teleskops and fand einen
Stern, elfmal so schwer wie die Sonne, der mit 2,2 Millionen Kilometer pro
Stunde durchs All rasst. Seine Geschwindigkeit ist so hoch, dass die
Gravitationskraft der Galaxis nicht ausreicht, um ihn an sich zu binden.
Der Stern wird also in den intergalaktischen Raum entweichen. Solche sogenannten
Hyperschnellläufer (englisch: Hyper-Velocity Stars) wurden erstmals im Jahre 2005 entdeckt. Trotz
intensiver Himmelsdurchmusterungen sind heute nur 16 solcher Objekte bekannt.
Die nötige extreme Beschleunigung kann nur ein extremes Objekt, etwa ein
Schwarzes Loch, hervorrufen. Ein Schleudermechanismus durch das
4 Mio. Sonnenmassen schwere Schwarze Loch im Zentrum der Milchstrasse wird
daher von den Fachleuten favorisiert. Alle Hyperschnellläufer sollten also
dem Zentrum der Milchstraße entsprungen sein.
Doch HD 271791, so der Name des neuen Hyperschnellläufers, ist anders.
Die Autoren bestimmten die Raumbewegung des Sterns u.a. anhand von Messungen des
Hipparcos Satelliten und berechneten seine
Flugbahn. Überraschenderweise zeigte es sich, dass das Zentrum der Milchstrasse
nicht sein Ausgangsort gewesen sein konnte. Ganz im Gegenteil, der Stern
muss aus den äußeren Regionen der galaktischen Scheibe stammen, wo es keine
massereichen Schwarzen Löcher gibt. Es muss also einen weiteren Mechanismus
geben, der ähnlich leistungsfähig ist wie die Schwarze-Loch-Schleuder.
Hinweise ergaben sich aus der präzisen Analyse hochgenauer Spektren.
Das Team nutzte dazu eine neue Analysetechnik [1], die sie
bereits bei normalen, massereichen Sternen erfolgreich eingestzten hatten.
Dabei fanden sie, dass die chemische Elementzusammensetzung von der normaler
Sterne abweicht. Insbesondere sind die chemische Elemente,
wie etwa Silizium, die in Supernovae erzeugt werden, überhäufig. Die Oberfläche
des Sterns wurde also durch Material kontaminiert, das eine Supernova-Explosion
in seiner Nähe ausgeschleudert hat [2].
Die Autoren folgern, dass HD 271791 ursprünglich einen noch massereicheren
Begleiter hatte, der schon nach wenigen Millionen Jahren seines Lebens
explodierte. Dabei wurde HD 271791 freigesetzt und flog mit seiner
Umlaufgeschwindigkeit geradeaus weiter.
Bisher haben Experten ein solches Szenario für die Entstehung von
Hyperschnellläufern ausgeschlossen. Die Umlaufsbahn muss nämlich
sehr eng sein, so dass der ursprüngliche Begleiter nur wenige Sonnenradien groß
sein durfte bevor er explodierte. Normalerweise entstehen Supernovae durch den
Kollaps von Riesensternen von vielen hundert Sonnenradien.
Die massereichsten Sterne entwickeln sich jedoch in kompaktere sogenannte
Wolf-Rayet-Sterne bevor sie explodieren.
Die Autoren schlagen daher ein Modell vor, in dem HD 271791 urspünglich um einen
Stern von mindestens 55-facher Sonnenmasse kreiste. Unmittelbar vor der
Explosion dieses Sterns betrug die Umlaufperiode nur noch einen Tag, so dass
HD 271791 schnell genug war um nach seiner Freisetzung der Galaxis zu entfliehen.
Wir sind also Zeugen geworden des viele Millionen Jahre zurückliegenden
Kollapses eines sehr massereichen Sternes zu einem Schwarzen Loch.
Dies könnte ein wahrhaft spektakuläres Ereignis gewesen sein, denn es könnte
sich auch um einen Gamma-Ray-Burst gehandelt haben, der
höchstenergetischsten Explosion im Universum überhaupt.
Maria Fernanda Nieva, Ulrich Heber and Norbert Przybilla
Veröffentlichungen:
[1] Maria Fernanda Nieva,
"Quantitative Spectroscopy of OB stars.",
2007, cotutelle PhD thesis at University of Erlangen-Nuremberg (Germany) and Observatorio Nacional (Brazil),
Verkannten Verlag (Berlin), ISBN: 978-3-00-023064-6
[2] Norbert Przybilla, Maria Fernanda Nieva, Ulrich Heber and Keith Butler,
"HD 271791: An Extreme Supernova Runaway B Star Escaping from the Galaxy",
2008, Astrophysical Journal Letters, 684, L103
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