Stellar rotation and binaries in open clusters with Gaia DR3

Stellen Sie sich die Milchstraße als eine riesige, geschäftige Stadt vor. Durch diese Stadt sind Tausende von „Vierteln" verstreut, die als offene Sternhaufen bezeichnet werden. Dies sind Gruppen von Sternen, die ungefähr zur gleichen Zeit aus derselben Gaswolke entstanden sind und immer noch gemeinsam „herumhängen".

Lange Zeit wussten die Astronomen, dass diese Viertel existieren, aber sie hatten keine gute Möglichkeit zu sehen, wie sich die Sterne darin „drehen". Denken Sie an einen Stern wie an einen Kreisel. Manche drehen sich langsam, andere rasen wahnsinnig schnell. Diese Drehung (Rotation) verrät uns viel über die Geschichte des Sterns, sein Alter und ob er mit einem Partner (einem Doppelstern) „herumhängt".

Dieser Artikel ist wie eine massive, stadtweite Volkszählung, die mit Daten der Gaia-Satellitensonde (ein Weltraumteleskop, das die Milchstraße kartiert) durchgeführt wurde. Die Autoren, ein Team von Astronomen, nahmen eine riesige Liste von fast 700.000 Sternen aus etwa 6.000 verschiedenen Vierteln und stellten eine einfache Frage: „Wie schnell drehen sich diese Sterne, und drehen sie sich allein oder mit einem Partner?"

Hier ist das Ergebnis, erklärt durch alltägliche Analogien:

1. Der „Kreisel"-Katalog

Die Forscher erstellten eine riesige Datenbank. Sie betrachteten nicht nur die Sterne, sondern auch, wie das Licht der Sterne verschmiert ist.

• Die Analogie: Stellen Sie sich vor, Sie drehen eine Münze. Wenn sie sich langsam dreht, sehen Sie einen klaren Rand. Wenn sie sich superschnell dreht, wird der Rand unscharf. Der Gaia-Satellit maß diese „Unschärfe" (rotationsbedingte Verbreiterung) für Zehntausende von Sternen.
• Das Ergebnis: Sie haben nun eine Liste mit über 44.000 Sternen mit bekannten Drehgeschwindigkeiten, 57.000 bekannten „wackeligen" Sternen (Variablen) und 22.000 bekannten „Tanzpartnern" (Doppelsternen).

2. Die „Doppelstock"-Viertel (Doppelsterne)

In vielen Haufen kommen Sterne paarweise vor. Wenn zwei Sterne umeinander kreisen, können sie die Drehung des anderen durcheinanderbringen.

• Die Analogie: Stellen Sie sich einen Eiskunstläufer vor. Wenn er allein dreht, verlangsamt er sich im Laufe der Zeit. Aber wenn er einen Partner packt und gemeinsam dreht, können sie sich gegenseitig beschleunigen oder sich verwickeln.
• Die Entdeckung: Das Team fand heraus, dass Sterne in „Doppelstern-Sequenzen" (Paare ähnlicher Sterne) im Durchschnitt etwas schneller rotieren als einzelne Sterne. Es ist so, als hätte das Viertel mit den meisten Paaren eine etwas energiegeladere Tanzfläche. Sie stellten auch fest, dass das Verhältnis von „schweren" zu „leichten" Partnern in diesen Paaren ziemlich ausgeglichen ist und nicht zu einem Extrem hin verzerrt ist.

3. Der „unscharfe" Hauptreihenabgang (Extended Main Sequence Turnoff)

Sterne in einem Haufen verlassen normalerweise zur gleichen Zeit die „Hauptreihe" (ihre stabile Erwachsenenphase), was auf einem Diagramm eine scharfe Linie erzeugt. Aber in einigen Haufen sieht diese Linie aus wie ein unscharfer Fächer oder eine ausgedehnte Wolke.

• Die Analogie: Stellen Sie sich einen Schulabschluss vor. Normalerweise absolvieren alle an demselben Tag ihr Studium. Aber in diesen speziellen Haufen sieht es so aus, als hätten einige Schüler vor Jahren ihren Abschluss gemacht und andere fangen gerade erst an, obwohl sie alle gleich alt sind.
• Die Entdeckung: Das Team fand 96 Haufen mit diesem „unscharfen" Aussehen. Sie entdeckten, dass massereiche Viertel (jene mit mehr als 1.000 Sonnenmassen an Sternen) fast immer dieses unscharfe Aussehen haben. Sie vermuten, dass dies nicht daran liegt, dass die Sterne unterschiedlichen Alters sind, sondern weil einige sich so schnell drehen, dass sie anders aussehen, oder weil sie das Ergebnis von Sternverschmelzungen oder dem Wechseln von Partnern sind.

4. Die „Blauen Nachzügler" (Die Teenager, die nicht erwachsen werden wollen)

Einige Sterne sehen jünger, blauer und heller aus, als es für ihr Alter sein sollte. Diese werden als Blaue Nachzügler bezeichnet.

• Die Analogie: Stellen Sie sich einen 50-Jährigen vor, der aussieht und sich verhält wie ein 20-Jähriger. In der Welt der Sterne passiert dies, wenn zwei Sterne kollidieren oder einer dem anderen Kraftstoff stiehlt, was den Stern effektiv „verjüngt".
• Die Entdeckung: Sie fanden fast 2.000 dieser Sterne. Sie erstellten eine neue Formel, um vorherzusagen, wie viele dieser „ewigen Teenager" ein Haufen haben wird, basierend darauf, wie schwer der Haufen ist und wie alt er ist. Sie stellten auch fest, dass diese Sterne sich sehr schnell drehen (wie ein Kreisel auf Steroiden), was bestätigt, dass sie einen „Drehimpuls-Boost" durch eine Kollision oder einen Partner erhalten haben.

5. Die „schnell rotierenden Riesen"

Normalerweise verlangsamt sich ein Stern, wenn er alt wird und sich zu einem Riesen ausdehnt (wie ein roter Riese), genau wie ein Eiskunstläufer, der die Arme ausstreckt.

• Die Analogie: Stellen Sie sich einen langsam bewegenden, riesigen Ballon vor. Er sollte sich nicht schnell drehen.
• Die Entdeckung: Das Team fand eine kleine Gruppe dieser Riesensterne, die sich überraschend schnell drehen. Dies ist ein „Rauchende Pistole", dass kürzlich etwas Seltsames passiert ist – wahrscheinlich eine Verschmelzung mit einem anderen Stern oder eine nahe Begegnung, die ihnen einen plötzlichen Drehimpuls-Boost verliehen hat.

6. Die „Gelben Nachzügler"

Dies sind Sterne, die röter sind als die jungen blauen Sterne, aber heller als die alten roten Riesen. Sie sind ein gewisses Rätsel.

• Die Entdeckung: Das Team fand heraus, dass viele dieser Sterne wahrscheinlich Doppelsternsysteme (Paare) sind, bei denen ein Stern das Licht des anderen kontaminiert, wodurch sie „gelb" und seltsam aussehen. Etwa ein Drittel der schnell rotierenden Sterne in dieser Gruppe sind bestätigte Doppelsterne.

Das große Ganze

Dieser Artikel ist das erste Mal, dass jemand einen so riesigen, statistischen Blick darauf wirft, wie sich Sterne in diesen Vierteln gleichzeitig drehen. Vorher hatten wir nur winzige Schnappschüsse. Jetzt haben wir eine Panoramaansicht.

Wichtige Erkenntnisse:

• Masse zählt: Größere Sternhaufen haben eher „unscharfe" Abgänge und exotische Sterne.
• Kollisionen finden statt: Schnell rotierende Sterne, besonders die „ewigen Teenager" (Blaue Nachzügler) und schnelle Riesen, sind wahrscheinlich das Ergebnis von Sternkollisionen oder dem Diebstahl von Partnern.
• Die Daten sind eine Schatzkarte: Die Autoren haben einen riesigen Katalog veröffentlicht. Es ist nicht die endgültige Antwort, aber es ist eine Karte, die anderen Wissenschaftlern genau sagt, wo sie nach der nächsten großen Entdeckung suchen müssen.

Kurz gesagt, nutzten die Autoren den Gaia-Satelliten, um einen „Drehimpuls-Check" in den Vierteln der Milchstraße durchzuführen und enthüllten, dass Sternkollisionen und Partnerschaften viel häufiger und dramatischer sind als bisher angenommen, was eine Galaxie voller schnell rotierender, verjüngter und exotischer Sterne schafft.