Theorie bestätigt

Inzwischen ist Astronomen ein doppelter Durchbruch gelungen. Mithilfe modernster Teleskoptechnik konnten sie bei gleich zwei Protosternen nachweisen, dass Magnetfelder tatsächlich eine entscheidende Rolle bei der „Fütterung“ von Sternenembryos spielen. Die gut 30 Jahre alte Theorie des deutschen Astrophysikers Max Camenzind wurde damit bestätigt.

Möglich wurde dieser Nachweis durch das GRAVITY-Instrument der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile. Dieses 2016 in Betrieb genommene Interferometer kombiniert die eingehenden Signale der vier 8-Meter-Teleskope des Very Large Telescope (VLT) auf dem Paranal miteinander. Dadurch entstehen Aufnahmen, deren Auflösung so hoch ist wie die eines 100 Meter großen Teleskops.

Beim „Fressen“ ertappt

Der erste Durchbruch gelang Astronomen um Jérome Bouvier von der Universität Grénoble Anfang 2020 (Astronomy & Astrophysics). Sie haben das GRAVITY-Instrument genutzt, um den Protostern DoAr 44 zu untersuchen. Dieser liegt rund 476 Lichtjahre von uns entfernt in der Sternbildungsregion Rho-Ophiuchus und befindet sich im T-Tauri-Stadium. Zwischen ihm und dem Innenrand seiner Materialscheibe klafft bereits eine Lücke von rund 30 astronomischen Einheiten.

Dieser Protostern ist damit genau in der Phase, in der es für ihn schwierig wird, Material allein durch seine Anziehungskraft akquirieren. Doch die GRAVITY-Daten bestätigten, dass DoAr 44 es trotzdem schafft, Gas aus seiner zirkumstellaren Scheibe anzuziehen. Anhand von Spektralanalysen fanden die Astronomen heraus, dass die starke UV-Strahlung des Protosterns dafür zunächst das Wasserstoffgas am Innenrand der Akkretionsscheibe ionisiert. Das Plasma aus Protonen und Elektronen wird dadurch leitfähig und kann nun vom stellaren Magnetfeld beeinflusst werden.

Außerdem beobachteten Bouvier und sein Team nahe der Oberfläche des Protosterns eine auffallend hell aufleuchtende Zone. Dem Spektrum zufolge wurde diese Strahlung von heißem, schnellem Gas zwischen der Sternenoberfläche und der Scheibe erzeugt – wie es die Modelle vorhersagen. „Sowohl die Größe der emittierenden Region als auch ihre leichte Verschiebung gegenüber dem Zentralstern deuten darauf hin, dass diese Strahlung in magnetischen Strömungskanälen zwischen dem Innenrand der Scheibe und der stellaren Oberfläche entsteht“, berichtet das Team.

Vom Magnetfeld geleitet

Die zweite wichtige Beobachtung gelang wenig später Rebeca García López vom Max-Planck-Institut für Astronomie und ihren Kollegen (Nature). Sie nahmen den altbekannten T-Tauri-Stern TW Hydrae mit dem GRAVITY-Instrument ins Visier. Auch bei diesem Protostern detektierten sie die verräterische Strahlung des heißen, ionisierten Wasserstoffs – und auch sie kam nicht aus der Materiescheibe oder von der Sternenoberfläche, sondern aus der Lücke dazwischen.

„Wir konnten sehen, wie Material aus der umgebenden Scheibe zum Stern hingeschleust wird“, berichtet López. „Das macht uns zu den ersten Forschern, die den Prozess nachweisen, durch den neue Sterne und damit letztlich auch Planeten – geboren werden.“ Den Beobachtungen zufolge strömt das ionisierte Wasserstoffgas dabei in schmalen Säulen von der Scheibe zum Stern und folgt dabei den Magnetfeldlinien. Dies bestätigt Camenzinds Modell der magnetosphärischen Akkretion.

Wie geht es weiter?

Damit ist eine der grundlegenden Fragen zum Wachstum von Protosternen geklärt. Allerdings bleiben viele Details noch offen. Dazu gehört eine detailliertere Rekonstruktion der physikalischen Prozesse bei der magnetosphärischen Akkretion, insbesondere in der Nähe der Sternenoberfläche. Unklar sind auch noch Einzelheiten zur Struktur des protostellaren Magnetfelds: „Magnetfelder können deutlich komplizierter sein und zusätzlichen Pole aufweisen“ erläutert Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie.

Weitere Untersuchungen von T-Tauri-Sternen mit dem GRAVITY-Instrument sollen dies klären helfen. „Dazu gehören Beobachtungen, bei denen verfolgt wird, wie sich der Auftreffpunkt des Gases auf die Sternoberfläche mit der Zeit verschiebt“, erklärt Hennings Kollege Wolfgang Brandner. „Wir erhoffen uns darüber Hinweise darauf, wie weit die Magnetpole des Sterns gegenüber der Rotationsachse verschoben sind.“

Außerdem könnte dies verraten, ob sich die protostellaren Magnetfelder mit der Zeit verändern und wie das Magnetfeld mit den wiederholten Eruptionen der T-Tauri-Sternen zusammenhängt. Auch wenn schon einige Geheimnisse heranwachsender Sternenbabys gelöst sind, bleibt für die Astronomen demnach noch viel zu tun.