Sternengeschichten   /     Sternengeschichten Folge 568: Schnelll├Ąufer auf der Flucht aus der Galaxis

Description

Hypergeschwindigkeitssterne sind hyper-schnell. Nichts kann sie halten, nicht mal die Anziehungskraft der gesamten Milchstra├če. Was sie so schnell gemacht hat, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten. Wer den Podcast finanziell unterst├╝tzen m├Âchte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten)

Subtitle
Hypergeschwindigkeitssterne
Duration
580
Publishing date
2023-10-13 05:00
Link
https://sternengeschichten.podigee.io/568-sternengeschichten-folge-568-schnelllaufer-auf-der-flucht-aus-der-galaxis
Contributors
  Florian Freistetter
author  
Enclosures
https://audio.podigee-cdn.net/1238450-m-7123206870c8fdb77510d3f243d0e92a.mp3?source=feed-scienceblogs
audio/mpeg

Shownotes

Hypergeschwindigkeitssterne

Sternengeschichten Folge 568: Schnelll├Ąufer auf der Flucht aus der Galaxis

In der heutigen Folge der Sternengeschichten geht es um Schnelll├Ąufer. Aber wir werden nat├╝rlich nicht ├╝ber Sport reden, sondern ├╝ber Sterne. Mit dem etwas veralteten Wort "Schnelll├Ąufer" bezeichnet man Sterne, die sich sehr schnell bewegen. Und bevor wir anfangen k├Ânnen uns damit zu besch├Ąftigen, m├╝ssen wir erstmal kl├Ąren, was wir mit der Bewegung von Sternen eigentlich meinen. Es geht nicht um die scheinbare Bewegung der Sterne die wir im Lauf einer Nacht am Himmel beobachten k├Ânnen. Die sehen wir ja nur, weil die Erde sich um ihre Achse dreht; die Sterne selbst haben mit dieser Bewegung nichts zu tun. Sie bewegen sich aber und zwar ann├Ąhernd kreisf├Ârmig um das Zentrum unserer Milchstra├če. Das darf man sich nicht so vorstellen wie die Planeten, die sich auf elliptischen Bahnen um die Sonne bewegen; so regelm├Ą├čig ist die Bewegung der Sterne nicht. Im Gegensatz zum Sonnensystem ist der Gro├čteil der Masse der Milchstra├če ja nicht im Zentrum zu finden. Dort ist zwar ein sehr massereiches schwarzes Loch, dass circa vier Millionen mal mehr Masse hat als ein typischer Stern. Aber es gibt eben auch ein paar hundert Milliarden Sterne in der Milchstra├če und dazwischen jede Menge kosmisches Gas, Staub und so weiter. Ein Stern sp├╝rt auf seinem Weg durch die Milchstra├če also auch die Anziehungskr├Ąfte all dieser anderen Objekte sehr deutlich und seine Bahn ist daher tendenziell komplex und chaotisch, aber in erster N├Ąherung bewegt er sich um das Zentrum der Milchstra├če. Unsere Sonne braucht f├╝r eine Runde circa 200 Millionen Jahre, aber wenn ich von "schnellen Sternen" spreche, dann meine ich auch nicht unbedingt diese Art der Bewegung. Je nachdem, ob ein Stern n├Ąher am Zentrum ist oder weiter weg, bewegt er sich schneller oder langsamer rundherum; die Schnelligkeit der Schnelll├Ąufer hat aber nichts damit zu tun.

Es geht um Sterne, die sich prinzipiell sehr schnell durch den Raum bewegen, unabh├Ąngig davon, ob sie nahe am Zentrum sind oder nicht. Und was bedeutet nun "schnell" in diesem Zusammenhang? Grob gesagt eine Geschwindigkeit die um 65 bis 100 Kilometer pro Sekunde schneller ist als die Geschwindigkeit, mit der sich die Sterne in der Umgebung bewegen. Ein Beispiel daf├╝r ist Barnards Pfeilstern, von dem ich in Folge 150 mehr erz├Ąhlt habe. Er bewegt sich in Bezug auf das Sonnensystem mit 140 Kilometer pro Sekunde und das ist schon ziemlich schnell. Wir wollen uns heute aber mit RICHTIG schnellen Sternen besch├Ąftigen, die deswegen auch "hypervelocity stars" also "Hypergeschwindigkeitssterne" genannt werden. In Bezug auf das Zentrum der Milchstra├če bewegen sich typische Sterne mit Geschwindigkeiten von ein paar 100 Kilometer pro Sekunde; die Sonne zum Beispiel mit gut 220 Kilometer pro Sekunde. Es gibt aber Sterne, die sich mit mehr als 1000 Kilometer pro Sekunde bewegen und genau um die soll es heute gehen.

Dass es solche Sterne geben k├Ânnte, hat der amerikanische Astronom Jack Hills 1988 in einem Fachartikel erstmals vermutet. Seine Idee: Die Mehrheit der Sterne zieht nicht allein durch die Milchstra├če sondern tut das als Teil eines Doppel- oder Mehrfachsternsystems. In den sp├Ąten 1980er Jahren hat man schon sehr stark vermutet, dass sich im Zentrum der Milchstra├če und den Zentren aller gro├čen Galaxien enorm massereiche schwarze L├Âcher befinden, wie ich ja in Folge 455 ausf├╝hrlich erz├Ąhlt habe. Man war sich nicht absolut sicher, aber WENN da so ein Loch ist, dann kann es passieren, dass ein Doppelsternsystem auf seinem Weg durch die Galaxie in die N├Ąhe dieses Lochs gelangt. Und dann wirkt die Gezeitenkraft: Auf den Stern, der dem schwarzen Loch n├Ąher ist, wirkt eine sehr viel st├Ąrkere Gravitationskraft als auf den, der ein St├╝ckchen weiter weg ist. Das Paar wird auseinander gerissen, der n├Ąhere der beiden wird vom schwarzen Loch quasi eingefangen wird und beginnt, es zu umkreisen. Der andere Stern verliert dann pl├Âtzlich seinen Partner und wird hinaus ins All geschleudert. Das ist ein bisschen so wie beim Hammerwerfen: Zuerst drehen sich Mensch und Hammer gemeinsam im Kreis, aber sobald der Hammer losgelassen wird, saust er mit hoher Geschwindigkeit davon. Hill hat das alles durchgerechnet und kam zu dem Schluss, dass - je nach Masse des schwarzen Lochs - Sterne mit bis zu 4000 Kilometer pro Sekunde davon rasen k├Ânnten. Und w├╝rde man solche hypervelocity stars finden, dann w├Ąre das ein ziemlich guter Beleg daf├╝r, dass da wirklich ein supermassereiches schwarzes Loch im Zentrum unserer Galaxie sitzt.

Im Jahr 2005 hat man - belegt durch sehr viele andere Beobachtungsdaten - schon l├Ąngst keinen Zweifel mehr an der Existenz der supermassereichen schwarzen L├Âcher gehabt. Aber Jack Hills Vorhersage ist dennoch eingetreten: Warren Brown, Margaret Geller, Scott Kenyon und Michael Kurtz entdeckten einen Stern, der sich in Bezug auf das Zentrum der Milchstra├če mit 853 Kilometer pro Sekunde bewegt. Das war zwar weniger als Hill prognostiziert hatte, aber die damals h├Âchste beobachtete Geschwindigkeit f├╝r einen Stern in der Milchstra├če. Und schnell genug, dass der Stern nicht mehr an die Milchstra├če gebunden war. Das ist so wie bei den Raketen und der Erde. Die Gravitationskraft der Erde sorgt daf├╝r, dass alles, was man nach oben wirft, wieder nach unten kommt. Nur wenn es schnell genug ist, kann es der Anziehungskraft der Erde dauerhaft entkommen und bei der Erde ist daf├╝r eine Geschwindigkeit von ├╝ber 11 Kilometer pro Sekunde n├Âtig. Um der Anziehungskraft der gesamten Milchstra├če zu entkommen, braucht man um die 500 Kilometer pro Sekunde. Es h├Ąngt nat├╝rlich davon ab, ob man sich nahe am Zentrum befindet, wo die meiste Masse ist oder weit au├čen, wo man nicht mehr so viel Anziehungskraft ├╝berwinden muss. Aber bevor es zu kompliziert wird, halten wir fest: Die Geschwindigkeit dieses Sterns war definitiv schnell genug, um sich dauerhaft von der Milchstra├če entfernen zu k├Ânnen. Was der Stern mit der Bezeichnung SDSS J090745.0+024507 auch vor hat. Er bewegt sich direkt vom Zentrum der Milchstra├če weg und wird diesen Weg auch dauerhaft fortsetzen, bis er irgendwann im intergalaktischen Raum verschwunden ist. Deswegen hat man ihm auch den Spitznamen "Outcast", der Ausgesto├čene verpasst. Outcast hat f├╝r den Weg vom Zentrum der Milchstra├če bis dorthin, wo man ihn entdeckt hat, gute 80 Millionen Jahre gebraucht. Das passt auch gut zu seinem Alter und auch seine chemische Zusammensetzung zeigt, dass er vermutlich vor besagten 80 Millionen Jahren irgendwo in der N├Ąhe des galaktischen Zentrums entstanden sein muss; als Teil eines Doppelsternsystems, wie es Jack Hill vorhergesagt hat. Sein Partner wurde vom schwarzen Loch eingefangen und Outcast auf seinen Weg aus der Galaxis hinaus geschleudert. Diese nahe Begegnung mit einem schwarzen Loch ist der einzige plausible Weg, wie Outcast seine enorme Geschwindigkeit erreicht haben kann.

Mittlerweile haben wir auch eine Handvoll andere Hypergeschwindigkeitssterne entdeckt, zum Teil noch schneller unterwegs als Outcast. Zum Beispiel S5-HVS1, der im Jahr 2019 gefunden wurde und sich mit fast 1800 Kilometer pro Sekunde bewegt. Vor circa 5 Millionen Jahren muss auch er seinen Partnerstern bei einer Begegnung mit dem galaktischen schwarzen Loch verloren haben. Mittlerweile befindet er sich fast 29.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und damit schon weit von der Zentralregion der Milchstra├če weg. Auch er wird den intergalaktischen Raum erreichen und sich zu den vermutlich zahlreichen anderen Sternen gesellen, die dort im Laufe der Zeit gelandet sind. Wie viele es genau sind, ist schwer zu sagen, aber da alle Galaxien durch die beschriebenen Prozesse immer wieder Sterne rauswerfen, wird es eine durchaus relevante Menge sein. In einem typischen Galaxienhaufen k├Ânnten die intergalaktischen Sterne zusammen eine Masse habe, die der einer Galaxie gleich kommt. Aber angesichts der Leere die im Raum zwischen den Galaxien herrscht und den enormen Distanzen, ist es so gut wie unm├Âglich, dass sich zwei davon einmal treffen werden. ├ťbrigens: Falls einer dieser Sterne nach seiner Entstehung auch Planeten gebildet hat, dann ist es definitiv m├Âglich, dass sie immer noch mit ihm unterwegs sind. Sie k├Ânnen auch nach dem Rauswurf durch das schwarze Loch an ihren Stern gebunden bleiben. Und sollte auf so einem Planeten eines intergalaktischen Sterns Leben existieren, dann hat es zwar vermutlich einen ziemlich beeindruckenden Ausblick auf die Galaxien in der Umgebung - w├Ąre ansonsten aber ziemlich einsam.