Orbital Motions of Binaries in Orion South

Ein kosmisches Tanzpaar: Wie Astronomen die Masse von Sternen in Orion messen

Stellen Sie sich das Orion-Nebel-System als einen riesigen, stürmischen Kindergeburtstag vor, auf dem gerade neue Sterne geboren werden. In einer besonders belebten Ecke dieses Festes, genannt „Orion Süd", haben zwei Astronomen, Luis Zapata und Luis Rodríguez, etwas Besonderes beobachtet: Drei Paare von Sternen, die sich wie eng umarmende Tanzpartner umkreisen.

Die Forscher wollten herausfinden, wie schwer diese Sternchen sind. Da Sterne aber zu weit weg sind, um sie auf eine Waage zu legen, mussten sie einen cleveren Trick anwenden. Hier ist die Geschichte ihrer Entdeckung, einfach erklärt:

1. Der Zeitraffer: Ein Blick in die Vergangenheit und Gegenwart

Stellen Sie sich vor, Sie fotografieren zwei Freunde, die sich auf einer Tanzfläche drehen. Wenn Sie nur ein einziges Foto machen, sehen Sie, wo sie stehen, aber nicht, wie schnell sie sich bewegen. Um ihre Geschwindigkeit zu messen, brauchen Sie ein zweites Foto, das Jahre später gemacht wurde.

Genau das haben die Astronomen getan:

• Foto 1: Sie nutzten das Very Large Array (VLA), ein riesiges Radioteleskop-Netzwerk in den USA, um im Jahr 2004 ein Bild zu machen.
• Foto 2: Fast 16 Jahre später, im Jahr 2019/2020, schauten sie mit ALMA, dem mächtigen Teleskop in den chilenischen Anden, erneut hin.

Der Abstand zwischen diesen beiden Momenten war wie ein langer Zeitraffer-Film.

2. Das Rätsel der sich bewegenden Punkte

Auf diesen hochauflösenden Bildern sahen die Forscher drei Paare von Sternen (die sie wie Nummernschilder benannt haben: 139-409, 134-411 und 132-413). Jedes Paar besteht aus zwei Sternen, die sehr nah beieinander sind – so nah, dass sie wie ein einzelner kleiner Punkt aussehen, wenn man sie nicht genau betrachtet.

Die große Frage war: Bewegen sich diese Punkte?

• Das Ergebnis: Bei zwei der Paare sahen sie, dass sich der Abstand zwischen den beiden Sternen verändert hat. Einer der Partner ist ein Stückchen näher gerückt, der andere ein Stückchen weiter weg.
• Die Überraschung: Die Richtung, in die sie sich drehen (der Winkel), hat sich kaum geändert. Das ist, als ob sich zwei Tänzer nicht im Kreis drehen, sondern sich langsam aufeinander zu oder voneinander weg bewegen, wie bei einer sehr langgestreckten, eiförmigen Bahn.

3. Die Schwerkraft-Waage

Jetzt kommt die Physik ins Spiel. Wenn Sie wissen, wie schnell sich zwei Objekte aufeinander zubewegen und wie weit sie voneinander entfernt sind, können Sie berechnen, wie stark sie sich gegenseitig anziehen. Und diese Anziehungskraft hängt direkt von ihrer Masse ab.

Stellen Sie sich vor, Sie sehen zwei Autos, die sich auf einer Straße nähern. Wenn Sie wissen, wie schnell sie kommen und wie weit sie noch entfernt sind, können Sie berechnen, wie schwer die Autos sind, basierend darauf, wie stark sie sich gegenseitig „anziehen" (in diesem Fall durch die Schwerkraft).

Die Forscher haben diese Berechnung durchgeführt und kamen zu folgendem Ergebnis:

• Die beiden Sterne in den Paaren sind zusammen etwa so schwer wie 1 bis 2 unserer Sonne.
• Das ist für junge Sterne, die gerade erst geboren werden, eine sehr vernünftige Größe.

4. Die staubigen Umhüllungen (Die „Wickeldecken")

Jeder dieser jungen Sterne ist noch in eine dicke Wolke aus Gas und Staub gehüllt, wie ein Baby in eine warme Decke. Diese Wolken leuchten im Millimeter-Bereich (eine Art unsichtbares Licht, das wir mit speziellen Kameras sehen können).

Die Forscher haben gemessen, wie viel Licht diese Staubwolken abgeben. Daraus konnten sie die Masse der Wolken berechnen:

• Die Wolken sind etwa 4 % bis 18 % so schwer wie die Sterne selbst.
• Das ist genau das, was man bei Babys erwartet, die noch in der Wiege liegen (in der Astronomie nennt man diese Phase „Class 0"-Protosterne). Sie haben noch viel Material um sich herum, aus dem sie noch wachsen können.

5. Warum sehen die Bilder so unterschiedlich aus?

In den Bildern sieht man, dass die Sterne bei einer bestimmten Wellenlänge (3 mm) größer und ausgedehnter wirken als bei einer anderen (7 mm).

• Die Analogie: Stellen Sie sich vor, Sie schauen durch einen dichten Nebel. Wenn Sie eine bestimmte Farbe des Lichts verwenden, sehen Sie nur die helle Mitte des Nebels. Wenn Sie eine andere Farbe nehmen, durchdringt das Licht den Nebel besser und Sie sehen die ganze Wolke.
• Die Forscher haben festgestellt, dass das Licht bei beiden Wellenlängen hauptsächlich vom Staub kommt, nicht vom heißen Stern selbst. Das bestätigt, dass wir hier wirklich die „Geburtsstätten" der Sterne beobachten.

Fazit: Was haben wir gelernt?

Diese Studie ist wie ein kosmisches Schnappschuss-Experiment. Indem die Astronomen 16 Jahre lang auf dieselben Sternpaare geschaut haben, konnten sie ihre Bewegung messen und daraus ihre Masse berechnen.

Sie haben bestätigt, dass diese drei Paare in Orion Süd junge, noch wachsende Sterne sind, die von schweren Staubwolken umgeben sind. Es ist ein weiterer Baustein im großen Puzzle, um zu verstehen, wie Sterne wie unsere Sonne entstehen und wie sie sich in den ersten Jahren ihres Lebens verhalten.

Kurz gesagt: Sie haben die Sterne gewogen, indem sie ihnen einfach zugeguckt haben, wie sie sich über Jahre hinweg ein wenig bewegt haben – eine elegante Methode, um das Geheimnis der Schwerkraft im Weltraum zu lüften.