Dreijährige Studie junger Sterne mit Hubble der NASA schlägt neues Kapitel auf

Im größten und ehrgeizigsten Programm, das jemals vom Hubble-Weltraumteleskop durchgeführt wurde, sammelte ein Team aus Wissenschaftlern und Ingenieuren über einen Zeitraum von drei Jahren Informationen über fast 500 Sterne. Diese Bemühungen bieten neue Einblicke in die Entstehung, Entwicklung und den Einfluss von Sternen auf ihre Umgebung.

Diese umfassende Studie mit dem Namen ULLYSES (Ultraviolet Legacy Library of Young Stars as Essential Standards) wurde im Dezember 2023 abgeschlossen und liefert einen umfangreichen Satz spektroskopischer Daten aus ultraviolettem Licht, die Astronomen in den kommenden Jahrzehnten nutzen werden. Da ultraviolettes Licht nur vom Weltraum aus beobachtet werden kann, ist Hubble das einzige aktive Teleskop, das diese Forschung durchführen kann.

„Ich glaube, dass das ULLYSES-Projekt transformativ sein und Auswirkungen auf die globale Astrophysik haben wird, von Exoplaneten über die Auswirkungen massereicher Sterne auf die Entwicklung von Galaxien bis hin zum Verständnis der frühen Stadien der Entwicklung des Universums“, sagte Julia Roman-Duval, Leiterin des Implementierungsteams für ULLYSES am Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland. „Neben den spezifischen Zielen des Programms können Sterndaten auch in Bereichen der Astrophysik auf eine Weise genutzt werden, die wir uns noch nicht vorstellen können.“

Das ULLYSES-Team untersuchte 220 Sterne und kombinierte diese Beobachtungen dann mit Informationen aus dem Hubble-Archiv über 275 weitere Sterne. Das Programm umfasste auch Daten von einigen der weltweit größten und leistungsstärksten boden- und weltraumgestützten Röntgenteleskope. Der ULLYSES-Datensatz besteht aus Sternspektren, die Informationen über die Temperatur, chemische Zusammensetzung und Rotation jedes Sterns enthalten.

Eine von ULLYSES untersuchte Sternart ist ein sehr heißer und massereicher blauer Stern. Sie sind eine Million Mal heller als die Sonne und leuchten heftig unter ultraviolettem Licht, das von Hubble leicht erkannt werden kann. Ihre Spektren umfassen wichtige Diagnosen ihrer starken Windgeschwindigkeiten. Winde treiben die Entwicklung von Galaxien und Keimgalaxien mit den für das Leben notwendigen Elementen voran. Diese Elemente werden in den Kernfusionsöfen von Sternen gekocht und dann in den Weltraum injiziert, wenn der Stern stirbt.

ULLYSES zielte auf blaue Sterne in nahegelegenen Galaxien, denen es an Elementen mangelt, die schwerer als Helium und Wasserstoff sind. Diese Art von Galaxie kam im frühen Universum häufig vor. „Die ULLYSES-Beobachtungen bieten ein Sprungbrett zum Verständnis dieser ersten Sterne und ihrer Winde im Universum und ihrer Auswirkungen auf die Entwicklung ihrer jungen Muttergalaxie“, sagte Roman-Duval.

Die andere Kategorie von Sternen im ULLYSES-Programm sind junge Sterne, die weniger massereich als unsere Sonne sind. Obwohl sie kälter und rötlicher als unsere Sonne sind, setzen sie in ihren Entstehungsjahren eine Flut hochenergetischer Strahlung frei, darunter Ausbrüche von ultraviolettem Licht und Röntgenstrahlen. Während sie weiter wachsen, sammeln sie Materialien aus ihrer Umgebung und bilden Staubscheiben Gas.

Die Hubble-Spektren umfassen wichtige Diagnosen des Prozesses, durch den sie ihre Masse erlangen, einschließlich der Energiemenge, die dieser Prozess an die umgebende planetenbildende Scheibe und die nahe Umgebung freisetzt. Das sengende ultraviolette Licht junger Sterne beeinflusst die Entwicklung dieser Scheiben bei der Planetenbildung sowie die Chancen der neugeborenen Planeten auf Bewohnbarkeit. Die Zielsterne befinden sich in Sternentstehungsregionen in der Nähe unserer Galaxie, der Milchstraße.

Das ULLYSES-Konzept wurde von einem Expertengremium mit dem Ziel entworfen, Hubble für die Bereitstellung einer Reihe von Sternbeobachtungen zu nutzen. „ULLYSES war ursprünglich als Beobachtungsprogramm unter Verwendung der empfindlichen Spektrographen von Hubble konzipiert. Das Programm wurde jedoch durch koordinierte und ergänzende, von der Gemeinschaft durchgeführte Beobachtungen mit anderen bodengestützten und in der Welt befindlichen Observatorien erheblich erweitert. „Weltraum“, sagte Roman-Duval.

„Diese breite Abdeckung ermöglicht es Astronomen, das Leben von Sternen in beispielloser Detailtiefe zu untersuchen und ein umfassenderes Bild der Eigenschaften dieser Sterne und ihrer Auswirkungen auf ihre Umgebung zu erstellen.“

Zu diesem Zweck organisierte STScI vom 11. bis 14. März einen ULLYSES-Workshop, um den Beginn einer neuen Ära der Forschung an jungen Sternen zu feiern. Ziel war es, Mitgliedern der Astronomiegemeinschaft die Zusammenarbeit an Daten zu ermöglichen, damit sie bei laufenden Analysen an Dynamik gewinnen oder neue Analyseideen initiieren können. Der Workshop war ein wichtiger Schritt, um das volle Potenzial dieser alten Spektralbibliothek auszuschöpfen und das Versprechen von ULLYSES zu erfüllen.