Accurate proper motions of the protostellar system VLA1623-2417

Stellen Sie sich den Nachthimmel nicht als ein statisches Gemälde vor, sondern als eine belebte kosmische Tanzfläche, auf der Sterne geboren werden, rotieren und manchmal auch miteinander kollidieren. Um zu verstehen, wie diese Sternenfamilien entstehen und sich entwickeln, müssen Astronomen ihre Bewegungen mit unglaublicher Präzision verfolgen. Dies ist die Wissenschaft der Astrometrie, die Kunst, exakt zu messen, wo sich Dinge befinden und wie schnell sie sich über den Himmel bewegen. Denken Sie daran wie der Versuch herauszufinden, ob zwei Autos auf einer Autobahn aufeinander zufahren, voneinander wegfahren oder einfach nur in derselben Spur dahinrollen, indem man Jahre später Schnappschüsse ihrer Positionen macht. Für die jüngsten, am stärksten verborgenen Babysterne – sogenannte Protosterne – ist dies besonders schwierig, da sie in dicke Staubdecken gehüllt sind, die das sichtbare Licht blockieren. Um durch den Nebel zu sehen, nutzen Astronomen riesige Radioteleskope, die wie superkraftstarke Augen fungieren und den Radiowellen lauschen, die diese Babys aussenden. Indem sie diese winzigen Bewegungen über Jahrzehnte hinweg verfolgen, können Wissenschaftler die unsichtbaren Kräfte, wie etwa die Gravitation, bestimmen, die diese Sterne zusammenziehen oder sie auseinanderreißen, und so helfen zu verstehen, wie die chaotische Geburtsstätte, in der unser eigenes Sonnensystem einst gelebt haben könnte, aussah.

In einer neuen Studie hat ein Team von Astronomen einen langen, genauen Blick auf eine berühmte kosmische Familie namens VLA 1623–2417 geworfen. Dies ist nicht nur ein einzelner Babystern; es ist ein komplexes Quadrupelsystem, was bedeutet, dass vier verschiedene Komponenten in einem engen, gravitativen Tango interagieren. Das System befindet sich etwa 137,3 Parsec entfernt (ungefähr 448 Lichtjahre) in einer Wolke aus Gas und Staub, die als Ophiuchi A-Kern bekannt ist. Die Familie besteht aus einem engen Binärpaar (zwei Sterne, die eng umeinander kreisen, benannt als Aa und Ab), einem dritten Stern (B), der sie in größerem Abstand umkreist, und einem vierten Mitglied (W), das etwas weiter westlich herumhängt.

Die Forscher, unter der Leitung von Ricardo Hernández Garnica, beschlossen, Detektivarbeit mit einem riesigen Datenarchiv zu spielen. Sie sammelten 37 verschiedene Beobachtungen, die über einen Zeitraum von etwa 34,5 Jahren mit einigen der leistungsstärksten Radioteleskope der Welt gemacht wurden: dem VLA (Very Large Array) und ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), zusammen mit älteren Daten der SMA und BIMA Arrays. Durch das Zusammenfügen dieser Schnappschüsse erstellten sie einen hochauflösenden Film der Bewegung des Systems, was es ihnen ermöglichte, die „Eigenbewegungen“ – die tatsächliche Geschwindigkeit und Richtung, in der sich jeder Stern über den Himmel bewegt – mit beispielloser Genauigkeit zu messen.

Hier ist das, was sie fanden, aufgeschlüsselt nach den Familienmitgliedern:

Das enge Paar (Aa und Ab)
Das innerste Paar, Aa und Ab, sind nur etwa 30 Astronomische Einheiten (ae) voneinander entfernt – eine Distanz, die etwa der Größe unseres gesamten Sonnensystems entspricht. Die Studie ergab, dass sie definitiv umeinander kreisen. Da das Team jedoch nur etwa 11 Jahre an Daten für dieses spezifische Paar hatte, haben sie nur einen winzigen Ausschnitt ihrer Umlaufbahn erfasst (so als würde man beobachten, wie ein Auto an seinem Haus vorbeifährt, und versuchen, aus diesen 10 Sekunden auf seine gesamte Rennrunde zu schließen). Sie können zwar sehen, dass sich die Sterne bewegen, aber sie können noch nicht die exakte Masse der Sterne oder die vollständige Form ihrer Umlaufbahn mit absoluter Sicherheit berechnen. Die Daten deuten darauf hin, dass sie sich voneinander weg bewegen, aber die Umlaufbahn ist so lang (geschätzt etwa 400 bis 500 Jahre), dass 11 Jahre in der kosmischen Zeit nur ein Wimpernschlag sind.

Das mittlere Geschwisterkind (B)
Stern B ist das mittlere Kind, das das Aa/Ab-Paar in einer Entfernung von etwa 300 ae umkreist. Das Team verfolgte B über massive 34,5 Jahre. Ihre Messungen zeigen, dass B langsam näher an das Aa/Ab-Paar heranrückt. Diese inward gerichtete Bewegung bestätigt, dass B gravitativ an das innere Paar gebunden ist; sie sind eine echte Familieneinheit und nicht nur zufällige Passanten. Die Mathematik legt nahe, dass das gesamte A/B-System eine Gesamtmasse von etwa der 2-fachen Sonnenmasse hat.

Der Außenseiter (W)
Die spannendste Entdeckung betrifft VLA 1623–2417 W, den Stern, der etwa 10 Bogensekunden (etwa 1.400 ae) vom Hauptsystem entfernt liegt. Lange Zeit glaubten einige Wissenschaftler, W könnte ein „Ausreißer“-Stern sein – ein Mitglied der Familie, das während einer chaotischen frühen Begegnung durch einen gravitativen Slingshot-Effekt gewaltsam herausgeschleudert wurde.

Die neuen Daten schließen dies jedoch vollständig aus. Durch die Messung von W's Bewegung über 32,5 Jahre fanden die Forscher heraus, dass sich W tatsächlich mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 2 Kilometern pro Sekunde auf das A/B-System zubewegt. Wenn W herausgeschleudert worden wäre, würde es wegfliegen, nicht zurückkommen. Was also macht W? Die Autoren schlagen zwei Möglichkeiten vor: Entweder gehört W gar nicht zur Familie und ist nur ein Nachbar, der sich zufällig in die gleiche allgemeine Richtung bewegt, oder es ist ein Familienmitglied auf einer sehr seltsamen, stark geneigten Umlaufbahn, die es im Moment näher zu den anderen bringt.

Ein einseitiger Jet?
Die Studie bemerkte auch etwas Merkwürdiges um den Stern W. In einigen Radiobildern gibt es einen schwachen „Schweif“ aus Materie, der nach Westen ragt, senkrecht zur Scheibe von W. Dies sieht aus wie ein Gasjet, der in eine Richtung herausgeschossen wird. Normalerweise kommen Jets aus beiden Polen eines Sterns heraus, wie ein doppelseitiger Gartenschlauch. Die Autoren vermuten, dass W möglicherweise einen „einseitigen Jet“ antreibt, vielleicht weil etwas die andere Seite blockiert, räumen aber ein, dass sie sensitivere Teleskope benötigen, um sicher zu sein.

Das Fazit
Diese Arbeit liefert nicht nur bessere Zahlen; sie verändert die Geschichte darüber, wie sich diese Familie verhält. Sie beweist, dass die „Ausreißer“-Theorie für Stern W falsch ist. Sie bestätigt, dass das innere Trio (Aa, Ab und B) ein gebundenes Gravitationssystem ist. Und obwohl sie noch nicht die exakte Masse des inneren Binärsystems (Aa/Ab) lösen können, da sie sie noch länger beobachten müssen, liefert sie die bisher genaueste Karte ihrer Bewegungen.

Die Autoren weisen vorsichtig darauf hin, dass sie zwar das Rätsel um W's Richtung gelöst haben, der vollständige Tanz der inneren Umlaufbahn jedoch ein Rätsel für die Zukunft bleibt. Sie schlagen vor, dass wir mit noch mehr Daten von Next-Generation-Teleskopen wie dem SKA oder ngVLA vielleicht endlich in der Lage sein werden, diese Babysterne perfekt zu wiegen und genau zu verstehen, wie sie entstanden sind. Vorerst wissen wir, dass VLA 1623–2417 eine stabile, interagierende Familie ist, in der der „Ausgestoßene“ eigentlich nach Hause kommt oder sich zumindest in die gleiche Richtung bewegt.