Im Dezember 2023 schloss das Hubble-Weltraumteleskop sein größtes Programm seit seinem Start im Jahr 1990 ab. Mit diesem Programm beobachtete das Teleskop über drei Jahre hinweg 500 einzelne Sterne – und Wissenschaftler sind nun bereit, sich mit diesem kosmischen Osterei an Daten zu befassen.
Die vollständige Studie des Hubble-Teleskops heißt Ultraviolet Legacy Library of Young Stars as Essential Standards, oder ULLYSES; Hubble wurde von den ULLYSES-Betreibern als das einzige aktive Teleskop angesehen, das in der Lage war, ein solch bahnbrechendes Unterfangen zu vollbringen.
Diese Beobachtungsexperimente mit ultraviolettem Licht werden jedoch weit über die Osterferien hinaus andauern und die Forscher jahrzehntelang beschäftigen, da sie neue Einblicke in die Sternentstehung, Sternentwicklung und Impaktsterne in ihrer Umgebung bieten.
„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“, sagt Julia Roman-Duval, Leiterin von ULLYSES Implementierungsteam am Weltraumteleskop. Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, sagte in einer Erklärung. „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.“
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Das ULLYSES-Team nutzte zunächst Hubble, um 220 Sterne zu untersuchen, und durchsuchte dann die Archive des Weltraumteleskops, um Beobachtungen von weiteren 275 Sternen abzurufen. Die Forscher integrierten auch Sterndaten von zahlreichen anderen Weltraumteleskopen und bodengestützten Observatorien.
Der fertige ULLYSES-Datensatz enthält Sternspektren, die Informationen über die Temperatur, die chemische Zusammensetzung jedes Sterns und die Geschwindigkeit, mit der er rotiert, enthalten.
Hubble und ULLYSES sehen Rot (und Blau)
Das ULLYSES-Team interessiert sich besonders für sehr heiße und massereiche blaue Sterne, die eine Million Mal heller als unsere Sonne werden können. Diese heißen Sterne leuchten unter ultraviolettem Licht hell, sodass Hubble sie leicht unterscheiden kann.
Massive blaue Sterne leben schnell und sterben jung, verbrennen schnell die für ihre intrinsischen Kernfusionsprozesse benötigten Brennstoffe und schmieden „Metalle“, den Begriff, mit dem Astronomen Elemente beschreiben, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Wasserstoff und Helium sind die Elemente, aus denen Sterne zu Beginn ihres Lebens hauptsächlich bestehen.
Die Sternspektren massereicher blauer Sterne können Aufschluss über die Geschwindigkeit der starken Sternwinde geben, die von ihnen ausströmen. Nachdem massereiche Sterne in Supernova-Explosionen explodieren, sind es diese Sternwinde, die die Elemente zerstreuen, die diese Sterne gebildet haben. Die Elemente verteilen sich dann im gesamten Kosmos. Das Verständnis dieser Winde wäre daher ein wichtiger Schritt zum Verständnis der galaktischen Verteilung schwerer Elemente, die die Bausteine der nächsten Generation von Sternen und Planeten sein werden. Diese Elemente könnten auch zur Grundlage des Lebens im Universum werden.
Aufgrund dieses Dispersionsprozesses weist jede nachfolgende Sterngeneration eine höhere Konzentration an Metallen auf als die vorherige. Die Sterne der ersten Generation, die entstanden, als die meisten Atome im Universum aus Wasserstoff und etwas Helium bestanden, gelten als „metallarm“, während nachfolgende Sterngenerationen, einschließlich der Sonne, „reich an Metallen“ sind.
ULLYSES und Hubble zielten auf blaue Sterne in Galaxien in der Nähe der Milchstraße, denen es offenbar an Metallen mangelt. Diese Sterne können daher als Ersatz für die ersten Sterne dienen und Wissenschaftlern dabei helfen, Sterne zu untersuchen, die im entstehenden Universum existierten und jetzt außerhalb des Bereichs liegen, in dem wir problemlos tiefe Details erkennen können.
„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.
Am anderen Ende des Farb- (und Größen-) Spektrums konzentrierte sich das ULLYSES-Projekt auch auf junge Sterne, die kühler, kleiner und röter als die Sonne sind. Diese Sterne befanden sich auch näher an ihrer Heimat, in den aktiven Sternentstehungsregionen der Milchstraße.
Während ihrer Gründungsjahre, als sie Masse aus den sie umgebenden Gas- und Staubscheiben sammelten, erzeugten diese jungen roten Sterne Turbulenzen in ihren Systemen, indem sie hochenergetische Ultraviolett- und Röntgenstrahlen aussendeten. Dies hätte sich auf die Planeten bildenden Scheiben um diese Sterne ausgewirkt und die Frage beeinflusst, ob die Planeten, die schließlich um diese Sterne herum entstehen, jemals bewohnbar sein könnten.
Die für ULLYSES gesammelten Hubble-Beobachtungen könnten Wissenschaftlern helfen, die Prozesse besser zu verstehen, durch die diese jungen Sterne Material aus ihrer Umgebung ansammeln, um die Masse anzusammeln, die für die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium erforderlich ist. Der Beginn dieses Prozesses würde den jungen Star zu einem eigenständigen Star machen.
Es könnte auch die Wirkung dieser Sterne auf die sie umgebenden Scheiben aufdecken, aus denen schließlich Planeten entstehen. Die Untersuchung der Umfrage könnte Wissenschaftlern möglicherweise dabei helfen, besser zu verstehen, welche Systeme für die Suche nach Leben am besten geeignet sind.
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„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.“
Noch bevor die ULLYSES-Daten neue Informationen über das Leben von Sternen und ihrer Umgebung liefern, zeigt diese Studie, dass Hubble auch nach mehr als drei Jahrzehnten kosmischer Beobachtungen weiterhin bahnbrechende wissenschaftliche Erkenntnisse liefert.