Vom Sternenstaub zur Entstehung des Lebens:

Seit der Entstehung des Weltalls vor fast 14 Milliarden Jahren sind unzählige Sterne
erloschen oder explodiert. Sie lieferten den Grundstoff für unseren Planeten
- und das Leben auf ihm...

Plötzlich flammt ein Gestirn auf und strahlt innerhalb
weniger Wochen oder Monate so viel Energie ab
wie unsere Sonne in Jahrmillionen.
Sein Kern fällt in sich zusammen, die äußeren
Schichten werden ins All geschleudert.

Auf diese Weise enden Sterne seit 13,4 Milliarden Jahren
in so genannten Supernovae.
Vermischt mit interstellarem Gas, treiben die Überreste durch den Raum
- bis sich aus ihnen neue Sterne und Planeten bilden...




"Aus Staub geboren",

- Über die Entstehung unserer Welt:

Mit dem Begriff "Staub" versucht man wissenschaftlich
wie kulturell das große Ganze zu betrachten,
so der belgische Biochemiker und Nobelpreisträger Christian DeDuve.
In seinem - leider vergriffenen - Buch "Aus Staub geboren" zieht er
eine Evolutionslinie von den Anfängen der Welt bis zur Entstehung des Lebens.
Insofern fasst Staub eine Entwicklung zusammen, die von der Physik
und der Frage nach der Entstehung des Universums und der Bildung von Sternen
über Staubwolken und die Chemie bis hin zur lebendigen Zelle in die Biologie
und schließlich in die Kulturwissenschaften führt.

In der Hippiezeit besang Joni Mitchell in ihrem epocheprägenden Song
"Woodstock" den Sternenstaub: "We are stardust" heißt eine Zeile.

- Verwebe zu: http://www.lyricsfreak.com/j/joni+mitche...k_20075381.html

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...nstaub20200716/

Studie zeigt: Wir sind wirklich Sternenstaub:



Der alte, auch als “Carolines Rose” bezeichnete sog. offenen Sternenhaufen “NGC 7789”. Er befindet sich rund 8.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild “Cassiopeia” und beinhaltete Weiße Zwergsterne mit ungewöhnlich großen Sternenmassen.
Copyright Guillaume Seigneuret and NASA

Baltimore (USA) – Wenn sterbende Sterne ihre letzten Atemzüge aushauchen, so verteilen sie ihre Asche im Kosmos. Angereichert mit unterschiedlichen chemischen Elementen – darunter Kohlenstoff, eine der Grundbausteine des irdischen Lebens – wird diese “Asche” von Sonnen- bzw. Sternenwinden verbreitet und in der Milchstraße verteilt.
Wie das Team um Paola Marigo von der Universität Padua und Jeffrey Cummings von der Johns Hopkins University aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-020-1132-1) berichtet, offenbart das Studienergebnis neue Erkenntnisse über die Herkunft des Kohlenstoffs in unserer Heimatgalaxie.

„Unsere Ergebnisse liefern deutliche Grenzwerte für die Fragen danach, wie und wann der Kohlenstoff von Sternen unserer Galaxie erzeugt wurde und so das Rohmaterial unserer Sonne und ihres Sonnensystems vor rund 4,6 Milliarden Jahren lieferte“, erläutert Cummings.

Hintergrund
Der Ursprung des für das irdische Leben grundlegenden Elements Kohlenstoffs innerhalb der Milchstraße ist unter Astrophysikern immer noch umstritten. Einige Wissenschaftler bevorzugen die Theorie, wonach massearme Sterne ihre kohlenstoffreichen Hüllen am Ende ihres Sternenlebens mit stellaren Winden ins All geschleudert haben und so zu sogenannten Weißen Zwergen wurden. Andere sehen hingegen in Sternenexplosionen massereicher Sterne, sogenannten Supernovae, die Quelle des Kohlenstoffs.
Anhand von Beobachtungsdaten mit dem Keck Observatory auf dem Mauna Kea auf Hawaii von August bis September 2018 haben die Astrophysiker und Astrophysikerinnen um Marigo und Cummings Weiße Zwerge in offenen Sternenhaufen der Milchstraße beobachtet. Bei diesen offenen Clustern handelt es sich Sternengruppen aus einigen tausend Sternen, die durch ihre gemeinsame Gravitation zusammengehalten werden.

Auf der Grundlage ihrer Analysen haben die Astrophysiker dann die Masse der weißen Zwergsterne vermessen und nutzten die Theorie zur stellaren Evolution, um das Alter dieser Weißen Zwerge zu bestimmen.

Das Verhältnis zwischen der Geburtsmasse und der finalen Masse der Weißen Zwerge wird als „Anfangs-Endmassen-Relation“ bezeichnet, anhand derer sich die Lebenszyklen von Sternen ablesen lässt. Frühere Untersuchungen hatten bislang stets ein zunehmend lineares Verhältnis aufgezeigt: Je massereicher ein Stern also bei seiner Geburt, desto massereicher auch der nach dem Sternentot verbleibende Weiße Zwerg.

Als Cummings und Kollegen nun aber dieses Verhältnis für die untersuchten Sterne errechnet hatten, entdeckten sie zu ihrer eigenen Verwunderung, dass die Weißen Zwerge der untersuchten Gruppe offener Sternenhaufen größere Massen besaßen als Astrophysiker zuvor erwartet hatten.

Diese Entdeckung brach mit dem linearen Trend früher Studien. Mit anderen Worten: Sterne, die vor rund einer Milliarden Jahre entstanden waren, erzeugten keine Weißen Zwerge mit den bislang angenommenen 0,60 is 0,65 Sternenmassen, doch “starben” diese Sterne und hinterließen masserreichere Überreste mit 0,7 bis 0,75 Sternenmassen.

Die Forscher vermuten, dass dieser Bruch erklären kann, wie Kohlenstoff von massearmen Sternen seinen Weg in die sonstige Milchstraße fand: „In den letzten Phasen ihres Sternenlebens, erzeugten Sterne von der doppelten Masse unserer Sonne neue Kohlenstoffatome in ihrem heißen Inneren, transportierten diese dann an ihre Oberfläche, von wo sie mit dem Sternenwind sanft in ihrer interstellaren Umgebung verteilt wurden.

Das Model der Wissenschaftler legt nun nahe, dass das Hinfortreißen der kohlenstoffreichen äußeren Schicht (Mantel) so langsam vor sich ging, dass die zentralen Kerne der betroffenen Sterne – also die zukünftigen Weißen Zwerge – deutlich an Masse zunehmen konnten.

Die Astrophysiker haben zudem berechnet, dass entsprechende Sterne mindestens 1,5 Sonnenmassen besitzen mussten, um während ihres Sternentodes ihre kohlenstoffreiche Asche zu verteilen.

Laut Paola Marigo helfen die Ergebnisse dabei, die Eigenschaften von Galaxien im Universum besser zu verstehen: „Durch die Kombination der Theorien zur Kosmologie und der Sternenevolution erwarten wir nun, dass helle, kohlenstoffreiche Sterne, kurz vor ihrem Tod – ähnlich wie die Vorgänger der in unserer Studie untersuchten Weißen Zwerge – auch heute noch zum Licht weit entfernter Galaxien beitragen. Dieses Licht, das die Signaturen neu erzeugten Kohlenstoffs in sich trägt, wird von Großteleskopen aufgefangen, mit denen die Evolution kosmischer Strukturen untersucht werden. Aus diesem Grund ist ein neues Verständnis darüber, wie Kohlenstoff in Sternen synthetisiert wird, wichtig für die Interpretation des Lichts des fernen Universums.“

Quelle: Johns Hopkins University, Nature Astronomy
© grenzwissenschaft-aktuell.de

Über Sternenstaub - Wachstum und Dynamik:
https://archive.org/details/akademische-...tum-und-dynamik

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...t-sternenstaub/

Neue Webb-Aufnahmen: Hier entsteht Sternenstaub:



Webb-Aufnahme des Systems Wolf-Rayet 140.
Copyright: NASA, ESA, CSA, STScI, E. Lieb (University of Denver), R. Lau (NSF NOIRLab), J. Hoffman (University of Denver)

Denver (USA) – 500 Lichtjahre entfernt, haben Astronomen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) haben Astronomen zwei Sterne identifiziert, die für die Erzeugung von kohlenstoffreichem Staub verantwortlich sind, der möglicherweise einmal Anteile anderer Sterne in unserer Galaxie bildet.

Wenn die massereichen Sterne auf ihren langgezogenen Umlaufbahnen aneinander vorbeiziehen, kollidieren ihre Winde und erzeugen den kohlenstoffreichen Staub. Alle acht Jahre für einige Monate bilden die Sterne eine neue Staubhülle, die sich nach außen ausdehnt.

Die Bausteine von Sonnen und Planeten:
Schon lange haben Astronominnen und Astronomen versuchen zu verstehen, wie die für das Leben essenziellen Elemente wie etwa Kohlenstoff im Universum verbreitet werden. Mit dem Weltraumteleskop James Webb ist es nun gelungen, eine fortwährende Quelle kohlenstoffreichen Staubs in unserer eigenen Milchstraße detaillierter zu untersuchen: Im Doppelsternsystem „Wolf-Rayet 140“ umkreisen sich zwei massereichen Sterne, auf engen und langgezogenen Umlaufbahnen.



Webb-Aufnahme des Systems Wolf-Rayet 140 im Juli 2022 und September 2023 inkl. Detailvergrößerung (u.).
Copyright: NASA, ESA, CSA, STScI, E. Lieb (University of Denver), R. Lau (NSF NOIRLab), J. Hoffman (University of Denver)

Ziehen diese beiden Sterne aneinander vorbei (in den hiesigen Webb-Aufnahmen als zentraler weißer Punkt markiert), prallen die stellaren Winde der beiden Sterne aufeinander, das Material komprimiert sich, und kohlenstoffreicher Staub entsteht. Wie die europäische Raumfahrtagentur ESA berichtet, zeigen die neuesten Webb-Beobachtungen 17 Staubhüllen, die im mittleren Infrarotlicht leuchten und sich in regelmäßigen Abständen in den umgebenden Raum ausdehnen.

„Das Teleskop hat bestätigt, dass diese Staubhüllen real sind, und seine Daten zeigten auch, dass sich die Staubhüllen mit konstanten Geschwindigkeiten nach außen bewegen, was sichtbare Veränderungen über unglaublich kurze Zeiträume offenbart“, erläutert Emma Lieb, die Hauptautorin eines im „Astrophysical Journal Letters“ (DOI: 10.3847/2041-8213/ad9aa9) erschienenen Fachartikels und Doktorandin an der University of Denver in Colorado.

Jede Hülle bewegt sich mit über 2600 Kilometern pro Sekunde von den Sternen weg, fast 1 % der Lichtgeschwindigkeit. „Wir sind es gewohnt, dass Ereignisse im Weltraum langsam über Millionen oder Milliarden Jahre stattfinden“, fügte Professorin Jennifer Hoffman, ebenfalls von der University of Denverund Mitautorin der Studie hinzu. „In diesem System zeigt das Observatorium, dass sich die Staubhüllen von Jahr zu Jahr ausdehnen.“

Kosmische Staubfabriken:
Diese neuen Ergebnisse geben Forschenden einen ersten Einblick in die potenzielle Rolle solcher massereichen Binärsterne als Staubfabriken im Universum: Wie ein Uhrwerk erzeugen die Winde der Sterne alle acht Jahre mehrere Monate lang Staub, wenn sich das Paar während einer weiten, langgezogenen Umlaufbahn am nächsten kommt. Die Aufnahmen des Infrarot-Weltraumteleskops zeigen dabei auch, wo die Staubproduktion stoppt (in den Auffnahmen handelt es sich hier um den dunkleren Bereich oben links). Die mittleren Infrarotbilder des Teleskops erfassten Hüllen, die bereits seit über 130 Jahren bestehen (ältere Hüllen sind so weit verstreut, dass sie jetzt zu schwach sind, um entdeckt zu werden). Die Forscherinnen und Forscher vermuten, dass die Sterne letztlich Zehntausende von Staubhüllen über Hunderttausende von Jahren erzeugen werden.

Die Verteilung des Staubs ist nicht gleichmäßig. Obwohl diese Unterschiede in Webbs Bildern nicht offensichtlich sind, fand das Team heraus, dass sich ein Teil des Staubs angesammelt hat und amorphe, zarte Wolken bildet, die so groß wie unser gesamtes Sonnensystem sind. Viele andere einzelne Staubpartikel schweben frei. Jeder Partikel ist so klein wie ein Hundertstel der Breite eines menschlichen Haares. Ob klumpig oder nicht, der gesamte Staub bewegt sich mit derselben Geschwindigkeit und ist kohlenstoffreich.

Das Schicksal des Sternenstaubs:
Der Wolf-Rayet-Stern in diesem System ist zehnmal massereicher als die Sonne und nähert sich dem Ende seines Sternenlebens. In einem letzten Akt wird dieser Stern entweder als Supernova explodieren – möglicherweise einige oder alle Staubhüllen wegsprengen – oder zu einem Schwarzen Loch kollabieren, wodurch die Staubhüllen intakt bleiben würden.

Die Forschenden selbst hoffen auf letzteres Szenario. „Eine wichtige Frage in der Astronomie ist, woher der gesamte Staub im Universum stammt. Wenn kohlenstoffreicher Staub wie dieser überlebt, könnte er uns helfen, diese Frage zu beantworten. (…) Wir wissen, dass Kohlenstoff für die Bildung von Gesteinsplaneten und Sonnensystemen wie unserem notwendig ist. Es ist aufregend, einen Einblick zu bekommen, wie binäre Sternsysteme nicht nur kohlenstoffreichen Staub erzeugen, sondern ihn auch in unsere galaktische Nachbarschaft treiben.“

Recherchequelle: ESA

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