Wie Mehrfachsterne entstehen

Etwa die Hälfte aller Sterne befindet sich in Doppel- oder sogar Mehrfachsystemen. Wie aber entstehen solche Mehrfachsterne? Einem internationalen Forscherteam gelang jetzt mit der Teleskopanlage ALMA in Chile, ein tiefer Einblick in diesen Prozess. Die Beobachtungen im Radiobereich zeigen eine Spiralstruktur in einer Gaswolke um ein erst knapp 150 000 Jahre altes, enges Dreifachsystem. Die Spirale sei ein Indiz dafür, dass zumindest einer der drei Sterne durch den theoretisch vorhergesagten Prozess der gravitativen Instabilität entstanden sei, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.  

„Theoretische Analysen deuten auf zwei unterschiedliche Wege zur Entstehung von Doppel- und Mehrfachsternen“, schreiben John Tobin von der Sternwarte Leiden und seine Kollegen. Wenn sich eine große Gaswolke langsam zusammenzieht, kann es einerseits auf großen Skalen zu einer Fragmentation durch Turbulenzen kommen. Dabei zerfällt die Wolke in mehrere dichte Regionen, die dann zu Sternen werden. Dieses Szenario ist bereits durch Beobachtungen bestätigt, die ein Aufbrechen kollabierender Gaswolken auf Skalen von über dem Tausendfachen des Erdbahnradius zeigen. Andererseits könnten in solchen protostellaren Scheiben auch gravitative Instabilitäten auftreten: Zufällige Dichteschwankungen verstärken sich und führen so ebenfalls zu einer Fragmentation.

Für dieses zweite Szenario fehlte bisher ein Nachweis durch Beobachtungen, da die Auflösung der Teleskope nicht ausreichte, um entsprechende Einzelheiten in Sternentstehungsregionen sichtbar zu machen. Das hat sich dank des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, kurz ALMA, geändert: Die aus 66 Antennen bestehende Teleskopanlage kann mit hoher Auflösung tief in die dichten Gas- und Staubwolken hineinblicken. Die Beobachtungen von Tobin und seinen Kollegen zeigen einen hierarchischen Aufbau des Protosternsystems L 1448 IRS3B in der 750 Lichtjahre entfernten Perseus-Molekülwolke: Zwei Protosterne bilden ein enges Doppelsystem im Abstand von 61 Erdbahnradien, ein dritter Protostern umkreist dieses Doppel im Abstand von 183 Erdbahnradien.

Die drei Protosterne sind noch in eine dichte Scheibe aus Gas und Staub eingebettet, aus der Materie auf die jungen Objekte herabströmt. In dieser Scheibe zeigen die ALMA-Beobachtungen einen Spiralarm, in dem sich der äußere Protostern befindet – für Tobin und sein Team ein eindeutiges Indiz für eine gravitative Instabilität in jüngster Zeit, durch die sich dieser Stern gebildet hat. Eine genaue theoretische Analyse der Scheibe durch die Forscher zeigt zudem, dass sie im Bereich von 150 bis 320 Erdbahnradien besonders empfindlich für solche Instabilitäten ist – also genau da, wo tatsächlich der dritte Stern entsteht. Damit haben Tobin und seine Kollegen dieses zweite Entstehungsszenario erstmals durch Beobachtungen bestätigt. Ähnliche Beobachtungen an möglichst vielen Protosternen müssen nun zeigen, wie häufig die beiden Prozesse sind und ob sie zu unterschiedlichen Mehrfachsystemen führen.