Wien – Wenn massearmen Sternen am Ende ihres Lebens der Treibstoff ausgeht, blähen sie sich zu gigantischen Gebilden auf, zu sogenannten Roten Riesen. Unsere Sonne wird in rund 4,5 Milliarden Jahren in dieses Stadium ihrer Existenz eintreten, einen heftigen Sternwind entwickeln und weite Teile des Sonnensystems verschlingen. Was während dieser "heißen Phase" des Sternwinds rund um sonnenähnliche, sterbende Sterne vorgeht, haben nun internationale Wissenschafter, darunter Kollegen von der Universität Wien, mit Hilfe von Radiobeobachtungen untersucht. Dabei entdeckten sie um den Stern TX Piscium, dessen Leben sich in rund 900 Lichtjahren Entfernung von der Erde seinem Ende nähert, eine merkwürdige neue Struktur.

Im Inneren von Sternen werden durch Kernfusion über Milliarden von Jahren chemische Elemente produziert, die im restlichen Universum rar sind. Durch den damit angereicherten Sternwind, der in der letzten Lebensphase von sonnenähnlichen Sternen durch ein Zusammenspiel von Konvektion und Pulsation entsteht, werden diese Elemente ausgestoßen. Es bilden sich sogenannte zirkumstellare Hüllen aus Staub und Gas, die nach dem Sterntod übrigbleiben und sich mit dem interstellaren Medium, dem dünnen Stoff zwischen den Sternen, vermischen. So können daraus wiederum neue Sterne und Planetensysteme entstehen.

Kleine Störungen, große Wirkung

Das Team um Magdalena Brunner, Franz Kerschbaum und Ernst Dorfi vom Department für Astrophysik beschäftigt sich intensiv mit der Beobachtung und Modellierung von außergewöhnlichen Strukturen, die sich in den zirkumstellaren Hüllen bilden. Im einfachsten Fall stößt ein kugelförmiger Stern einen kugelsymmetrischen Sternwind aus und die zurückbleibenden Sternhüllen haben eine runde, symmetrische Form. Nachdem aber schon kleinste Unregelmäßigkeiten und Asymmetrien auf der Sternoberfläche weitreichende Folgen für den Sternwind haben können und Sternwinde nicht immer gleichmäßig stark sind, bilden sich oft komplexe Formen.

"Wenn sich die Energieproduktion zwischen den Wasserstoff- und Helium-Schichten der Sternhülle abwechselt, führt das zur sogenannten thermischen Pulsation und einem – astronomisch gesehen – sehr kurzen aber extrem intensiven Massenverlust über einen starken Sternwind über wenige hundert Jahre", erklärt Kerschbaum. "Dabei entstehen dünne Staub- und Gas-Schalen, ähnlich einem Rauchring, von denen uns bisher eine Hand voll bekannt ist".

Eine solche hat nun die Astrophysikerin Magdalena Brunner um den Stern TX Piscium entdeckt, als sie ein Beobachtungsprojekt mit dem weltweit leistungsfähigsten Radiointerferometer, dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA), durchgeführt hat. "Wir wussten von früheren Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Herschel, dass sich dort eine ringförmige Struktur befindet und wollten diese genauer untersuchen", so Brunner. Statt dem erwarteten symmetrischen Ring habe das Team allerdings eine abgeflachte Ellipse vorgefunden, wie es im Fachjournal "Astronomy & Astrophysics" berichtet.

Die erste ihrer Art

Die Entdeckung einer elliptisch abgeflachten Schale um einen kohlenstoffreichen Roten Riesen ist die erste ihrer Art. Die vorläufige Theorie der Forscher ist, dass der Stern schneller als vermutet um seine eigene Achse rotiert. Durch die Rotation ergibt sich entlang des stellaren Äquators ein schnellerer Sternwind als entlang der Pole, wodurch eine elliptische Schale entsteht.

Die dafür notwendige Rotationsgeschwindigkeit schätzt das Forschungsteam mit Berechnungen von Ernst Dorfi auf ungefähr 2 Kilometer pro Sekunde, was für Rote Riesen eine ungewöhnlich hohe Geschwindigkeit ist. "Möglicherweise hat TX Piscium einen bisher unbekannten Sternpartner oder gar Planeten verschluckt und dessen Drehimpuls aufgenommen, um so selbst seine Rotation zu erhöhen", so Brunner. (red, 22.1.2019)