Hyperschnellläufer

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Hyperschnellläufer (engl. hypervelocity stars; kurz HVS) sind Sterne, die sich schnell genug bewegen, um das gravitative Feld der Milchstraße verlassen zu können. Es handelt sich überwiegend um Hauptreihensterne des Spektraltyps B mit Oberflächentemperaturen um die 12.000 K und Massen zwischen dem dreifachen bis achtfachen der Sonne. Es gibt verschiedene Hypothesen, woher die Bewegungsenergien stammen könnten, um Sterne auf Geschwindigkeiten zwischen 300 und 1000 km/s zu beschleunigen.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Während es eine Anzahl an B-Sternen gibt, die zu den Hyperschnellläufern gerechnet werden, scheint es keine Hyperschnellläufer mit einem späteren Spektraltyp zu geben. Sie werden überwiegend im galaktischen Halo gefunden. Der Ursprung der galaktischen Hyperschnellläufer scheint im Zentrum der Milchstraße zu sein, da die Bewegungsrichtung stets vom Zentrum der Galaxis weggerichtet ist. Die Geschwindigkeit der HVS-Sterne in Sonnennähe liegt im Bereich von 300 bis 700 km/s, wobei die Werte in erster Näherung gleichverteilt sind. Dies entspricht einer Ursprungsgeschwindigkeit von 700 bis 1000 km/s in der Nähe des Galaktischen Zentrums.[1]

Ursprung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die geläufigste Theorie ist, dass sie beim Auseinanderbrechen eines Doppelsternsystems bei einer Begegnung mit dem zentralen Schwarzen Loch im Inneren der Milchstraße beschleunigt werden. Dies kann aber nicht für alle Hyperschnellläufer gelten, da die Lebensdauer einiger Sterne zu gering ist, um selbst mit diesen Geschwindigkeiten aus dem galaktischen Zentrum an ihren jetzigen Ort zu gelangen. Des Weiteren gibt es um einen Faktor 100 zu viele Hyperschnellläufer in der Milchstraße, wenn das Auseinanderbrechen von Doppelsternen in der Nähe des zentralen schwarzen Loches der einzige Ursprung wäre. Als drittes wäre der mögliche Gewinn an kinetischer Energie viel zu gering, um die Flucht eines der Sterne aus einem nahen Orbit um das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße zu ermöglichen. Das Doppelsternsystem müsste aus extrem großem Abstand nahezu direkt auf das zentrale schwarze Loch zufallen und die Sterne im Doppelsternsystem müssten sich gegenseitig fast berühren, wofür die Wahrscheinlichkeit äußerst gering ist.
Alternative Hypothesen sind[2], [3]:

  • Unsymmetrische Supernovaexplosionen in Doppelsternsystemen:
    Diese werden auch bei normalen Schnellläufern diskutiert, deren Bewegungsenergie aber nicht ausreicht, um die Heimatgalaxie zu verlassen. Dass viele Hyperschnellläufer aus Richtung des galaktischen Zentrums zu kommen scheinen, ließe sich dadurch erklären, dass die Sternendichte und damit auch die Anzahl der durch Supernovaexplosionen entstehenden Schnellläufer in den Innenbereichen der Galaxis höher ist, als in den Außenbereichen der galaktischen Scheibe.
  • Ein zweites schwarzes Loch in der Nähe des galaktischen Zentrums:
    Das würde zwar die Ursprungsquelle verständlich machen, es sollten dann aber noch höhere Entweichgeschwindigkeiten beobachtet werden.
  • Aktivität des galaktischen Kerns:
    Diese führt zu Jetbildung auch im Zentrum der Milchstraße, welches momentan im Ruhemodus ist. Trifft der Jet auf Gas, führt dies zu einer Verdichtung mit nachfolgender Sternentstehung und einer Beschleunigung der Molekülwolke im Laufe von 10 Millionen Jahren auf Entweichgeschwindigkeiten. Die höchsten Endgeschwindigkeiten sind dann wieder die Folge eines Auseinanderbrechens eines Doppelsternsystems durch eine Supernovaexplosion. Da die Sterne gleich bei ihrer Entstehung aus dem Zentrum herausbeschleunigt werden, könnten auch kurzlebige Hauptreihensterne der Spektralklasse O sich so weit vom galaktischen Zentrum entfernen.
  • Die Wechselwirkung zwischen einem Schwarzen Loch mit einer stellaren Masse von weniger als 20 Sonnenmassen und einem Doppelsternsystem [4]
  • Der sich mit hoher Geschwindigkeit durch die Galaxie bewegende B-Stern könnte auch ein blauer Unterzwerg sein. Im einfach-entarteten Szenario für thermonukleare Supernovae transferiert ein Hauptreihenstern Masse auf einen Weißen Zwerg, der daraufhin den gravitativen Kollaps nicht mehr verhindern kann. Bei der Supernovaexplosion wird der Weiße Zwerg vollständig zerstört und der ehemalige Begleiter entwickelt sich durch den Impakt der Explosion zu einem Blauen Unterzwerg[5]
  • Die Gezeitenwirkung auf Zwerggalaxien in der Nähe des zentralen schwarzen Lochs, die zu einer Auflösung der Zwerggalaxie führen wie bei der Sagittarius-Zwerggalaxie, könnte einen Teil der Hyperschnellläufer erzeugen[6]

Bekannte Hyperschnellläufer[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

HD 271791[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei HD 271791 hat man durch Beobachtung der Flugbahn herausgefunden, dass dieser nie in die Nähe des Zentrums der Milchstraße gekommen sein kann. Es ist wahrscheinlich, dass der Stern durch das Zusammentreffen der Milchstraße mit einer anderen, kleineren Galaxie vor 150 Millionen Jahren diese hohe Geschwindigkeit erlangt hat.[7] Außerdem weicht HD 271791 von der normalen chemischen Zusammensetzung von Sternen ab; er besitzt beispielsweise Silizium.[8][9][10]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Elena M. Rossi, Shiho Kobayashi, Re'em Sari: The Velocity Distribution of Hypervelocity Stars. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2013, arxiv:1307.1134v1.
  2. Bo Wanga, Zhanwen Hana: Progenitors of type Ia supernovae. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012, arxiv:1204.1155v1.
  3. Joseph Silk, Vincenzo Antonuccio-Delogu, Yohan Dubois, Volker Gaibler, Marcel R. Haas, Sadegh Khochfar, Martin Krause: Jet interactions with a giant molecular cloud in the Galactic centre and ejection of hypervelocity stars. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012, arxiv:1209.1175v1.
  4. Idan Ginsburg, Warren R. Brown and Gary. A. Wegner: VARIABILITY OF HYPERVELOCITY STARS. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2013, arxiv:1302.1899v1.
  5. Kuo-Chuan Pan, Paul M. Ricker and Ronald E. Taam: EVOLUTION OF POST-IMPACT REMNANT HELIUM STARS IN TYPE Ia SUPERNOVA REMNANTS WITHIN THE SINGLE-DEGENERATE SCENARIO. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2013, arxiv:1303.1228v1.
  6. Kastytis Zubovas, Graham A. Wynn and Alessia Gualandris: SUPERNOVAE IN THE CENTRAL PARSEC: A MECHANISM FOR PRODUCING SPATIALLY ANISOTROPIC HYPERVELOCITY STARS. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2013, arxiv:1305.3997v1.
  7. Olaf Stampf: Katapult für Sonnen, Spiegel Online 7. September 2009
  8. Ulrich Heber: Auf der Schleuderbahn aus der Galaxis, innovations report 3. März 2009
  9. Maria Fernanda Nieva, Ulrich Heber and Norbert Przybilla: Neuer Hyperschnellläufer entdeckt: Diesmal war es nicht das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, Max-Planck-Institut für Astrophysik 7. Januar 2009
  10. http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-66803961.html Olaf Stampf, ASTRONOMIE - Katapult für Sonnen: Astronomen haben rasende Sterne entdeckt: Die Himmelskörper bewegen sich so schnell, dass sie dem Schwerefeld der Milchstraße entkommen. Wie ist das möglich? In: Der Spiegel, Print, Nr. 37/2009, 7. September 2009, S. 126, abgerufen 17. Juli 2015.