Nahaufnahme zeigt Doppel-Proto-Sternsystem bei der Entstehung

9. Juni 2020

Hochauflösende Beobachtungen eines jungen Sternsystems offenbaren eindeutig ein Paar von Proto-Sternen im frühesten Entwicklungsstadium, die tief in die Quelle IRAS 16293-2422 der Ophiuchus-Molekülwolke eingebettet sind. Das Team unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik verwendete das ALMA-Interferometer nicht nur zur Bestimmung der Konfiguration der Strahlungsquellen, sondern auch zur Messung der Gas- und Sternbewegung und damit zur Bestimmung der Masse des jungen Doppelsternsystems. Die beiden nahen Proto-Sterne sind etwas schwerer als bisher angenommen und umkreisen sich einmal in etwa 400 Jahren.

Zoom in die Ophiuchus-Molekülwolke mit dem Sternentstehungssystem IRAS 16293-2422, das aus dem Protostern B in der oberen rechten Ecke und den jetzt klar identifizierten Doppel-Proto-Sternen A1 und A2 unten links besteht. Eine Detailaufnahme des Doppelsternsystems ist unten rechts zu sehen.

Das System IRAS 16293-2422 ist eine der hellsten Sternentstehungsregionen in unserer Nachbarschaft. Es befindet sich in der Ophiuchus-Molekülwolke in einer Entfernung von etwa 460 Lichtjahren und wurde bereits eingehend untersucht, unter anderem weil sich hier zahlreiche komplexe organische Moleküle, die Bausteine präbiotischer Moleküle, durch ihre Emission zeigen. Bis jetzt war jedoch die detaillierte Quellen-Konfiguration in dieser Region unklar, wobei Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen mehrere kompakte Quellen an leicht unterschiedlichen Orten zeigten. Dies lässt sich auf großen Mengen an Materie vor den entstehenden Proto-Sternen zurückzuführen, die davon in diesen frühesten Stadien ihrer Entstehung erwartungsgemäß verdeckt werden.

Ein internationales Team von Astronomen unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) hat nun hochauflösende Radiobeobachtungen des ALMA-Interferometers erhalten, die neben dem bekannten Proto-Stern B zwei kompakte Quellen A1 und A2 deutlich erkennen lassen (siehe Abb. 1). "Unsere Beobachtungen bestätigen die Position der beiden nahe beieinander liegenden Protosterne und zeigen, dass beide jeweils von einer sehr kleinen Staubscheibe umgeben sind, die wiederum in eine große Menge an Materie mit komplexen Mustern eingebettet sind", bemerkt María José Maureira vom MPE, die Hauptautorin der Studie.

Detailansicht des Doppel-Proto-Sternsystems mit einem Größenvergleich zu unserem Sonnensystem. Der Abstand zwischen den Quellen A1 und A2 entspricht etwa dem Durchmesser der Plutobahn. Die Größe der Scheibe um A1 (nicht aufgelöst) entspricht etwa dem Durchmesser des Asteroidengürtels. Die Größe der Scheibe um A2 entspricht in etwa dem Durchmesser der Umlaufbahn des Saturn.

Die Quelle A1 hat eine Masse von etwas weniger als 1 Sonnenmasse und ist in eine kleine Staubscheibe von etwa der Größe des Asteroidengürtels eingebettet; die Quelle A2 hat eine Masse von etwa 1,4 Sonnenmassen und ist in eine etwas größere Scheibe eingebettet (siehe Abb. 2). Interessanterweise erscheint diese Scheibe um A2 auch in einem Winkel zur Gesamtorientierung der größeren Wolkenstruktur, während die Scheibe um die Quelle B - in viel größerem Abstand - frontal gesehen wird, was auf eine ziemlich chaotische Entstehungsgeschichte hinweist.

Zusätzlich zur direkten Abbildung der Staubemission erhielt das Team auch Informationen über die Bewegung des Gases um die Sterne durch Beobachtungen von Spektrallinien organischer Moleküle, die den Bereich hoher Dichte, der das nun entdeckte Doppelsternsystem umgibt, gut nachzeichnen. Dies ermöglichte es ihnen, eine unabhängige Massenmessung durchzuführen und zu bestätigen, dass A1 und A2 aneinander gebunden sind.

Durch die Kombination ihrer jüngsten Beobachtungen mit Daten, die in den letzten 30 Jahren gesammelt wurden, fand das Team heraus, dass die beiden Sterne sich alle 360 Jahre einmal umkreisen, und zwar in einem Abstand, der dem Pluto-Orbit ähnelt, wobei die Umlaufbahn um etwa 60° geneigt ist (siehe Abb. 3).  "Dies ist das erste Mal, dass wir in der Lage waren, die vollständigen Bahnparameter eines Doppelsternsystems in diesem frühen Stadium der Sternentstehung abzuleiten", betont Jaime Pineda vom MPE, der an der Modellierung beteiligt war.

Relativbewegung von A1 (blau) in Bezug auf A2 (rot) mit der ALMA-Kontinuumsbeobachtung im Hintergrund. Der visuelle Eindruck, dass A1 um A2 kreist, wird durch eine detaillierte Analyse der Bewegung beider Sterne über 30 Jahre hinweg bestätigt.

"Mit diesen Ergebnissen sind wir endlich in der Lage, in eines der am stärksten eingebetteten und jüngsten proto-stellaren Systeme einzutauchen und seine dynamische Struktur und komplexe Morphologie zu enthüllen: wir sehen Verbindungen in der Materie zwischen den zirkumstellaren Scheiben und ihrer umgebenden Region und wahrscheinlich auch mit der zirkumbinären Scheibe. Die kleinen Scheiben werden wahrscheinlich immer weiter gefüttert und wachsen noch", betont Paola Caselli, Direktorin am MPE und Leiterin des Zentrums für Astrochemische Studien. "Dies war nur möglich dank der großen Sensibilität von ALMA und der Beobachtung von Molekülen, die diese dichten Regionen einzigartig nachzeichnen. Moleküle senden uns Signale mit sehr spezifischen Frequenzen, und aufgrund der Veränderungen dieser Frequenzen in der Region (durch interne Bewegungen) kann man die komplexe Kinematik des Systems rekonstruieren. Das ist die Stärke der Astrochemie."

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