VY Canis Majoris (VY CMa) ist ein roter Überriese.
Dieser Stern ist einer der größten Sterne, dessen Größe bekannt oder abschätzbar ist,
und vielleicht auch einer der leuchtstärksten Sterne in unserer Milchstraße.

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Astronomen ist es gelungen, Titanoxide in der ausgedehnten Atmosphäre um VY
Canis Majoris nachzuweisen. Der Riesenstern ist einer der größten bekannten
Sterne überhaupt und dürfte bald als Supernova explodieren. Von den
Beobachtungen erhoffen sich die Forscher neue Erkenntnisse über die Entstehung von Staub und von komplexeren Molekülen.

Das Ziel der Beobachtungen der Astronomen, der veränderliche Stern VY Canis
Majoris, kurz VY CMa, liegt im Sternbild Großer Hund (lateinischer Name: Canis
Major). "VY CMa ist kein gewöhnlicher Stern. Es ist einer der größten Sterne, die
wir kennen, und er steht nahe am Ende seines Lebens", erklärt Tomasz Kamiński
vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR).

Dieser Stern, mit dem 1.000- bis 2.000-fachen Durchmesser der Sonne, würde
fast die Umlaufbahn des Saturn erreichen, könnte man ihn im Zentrum unseres
Sonnensystems platzieren. Der Stern bläst große Mengen von Material von seiner
Oberfläche ab, das einen unregelmäßigen Staubnebel um den Stern bildet.
Dieser Reflexionsnebel um VY CMa wird dadurch sichtbar, dass darin enthaltene
kleine Staubpartikel das Licht des Zentralsterns reflektieren.

Die komplexe Struktur dieses Nebels stellt Astronomen schon seit Jahrzehnten
vor Rätsel. Zwar ist unstrittig, dass er sich als Resultat eines Sternwinds gebildet
hat, es ist aber längst nicht verstanden, worauf die sehr unregelmäßige Struktur
zurückgeführt werden kann.

Und es ist ebenfalls noch nicht bekannt, welcher physikalische Prozess den Wind
antreibt, also wodurch sich das Material von der Sternoberfläche wegbewegt und
im umgebenden Raum ausdehnt. "Das Schicksal von VY CMa wird sein, als
Supernova zu explodieren, aber wir wissen nicht genau, wann das tatsächlich
stattfinden wird", sagt Karl Menten, der Leiter der Forschungsabteilung "Millimeter-
und Submillimeter-Astronomie" am MPIfR.

Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen liefern Hinweise auf bestimmte
Moleküle in dem Gas des Nebels. Jedes Molekül hinterlässt nämlich in einem
Spektrum, also der Aufspaltung des Lichts in seine verschiedenen Wellenlängen,
charakteristische Linien. Anhand dieses spektralen Fingerabdrucks lassen sich
die Moleküle im Nebel identifizieren. "Die Strahlung in kurzen Radiowellenlängen,
den sogenannten Submillimeter-Wellen, ist für die Untersuchung von Molekülen
und deren Eigenschaften hervorragend geeignet", erläutert Sandra Brünken von
der Universität zu Köln. "Die Identifizierung der Moleküle ist leichter möglich und
normalerweise kann man auch eine größere Anzahl von Molekülen beobachten
als in anderen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums."

Das Forschungsteam hat nun zum ersten Mal Titanoxid und Titandioxid in
Radiowellenlängen beobachtet. Darüber hinaus ist es das erste Mal überhaupt,
dass Titandioxid im Kosmos identifiziert werden konnte. Man kennt dieses
Molekül auch auf der Erde - als Hauptbestandteil des unter Malern als "Titanweiß"
bekannten weißen Pigments, als Zutat von Sonnenschutzmitteln und als Farbstoff
in Lebensmitteln unter der Codenummer E171.

Theoretische Überlegungen lassen vermuten, dass Sterne, und zwar speziell
Sterne mit sehr geringen Oberflächentemperaturen, in großen Mengen Titanoxide
produzieren, die dann mit dem Sternwind nach außen transportiert werden. "Sie
neigen dazu, sich in Form von Staubpartikeln zusammenzuballen, die dann im
Optischen oder im Infraroten sichtbar werden", sagt Nimesh Patel vom Harvard-
Smithsonian Center for Astrophysics. "Und die katalytische Wirkung von
Titandioxid beeinflusst vermutlich die chemischen Prozesse, die auf den
Staubkörnern stattfinden", ergänzt Holger Müller von der Universität zu Köln. "Das
ist sehr wichtig für die Entstehung von größeren Molekülen im Weltraum."

Die charakteristischen Linien von Titanoxid hingegen sind im sichtbaren Bereich
des Spektrums seit mehr als 100 Jahren bekannt. Tatsächlich benutzt man diese
Linien sogar zur Klassifikation von bestimmten Sterntypen mit niedrigen
Oberflächentemperaturen (Spektraltyp M und S). Das Pulsationsverhalten von
Mira-Sternen, einer bestimmten Klasse von veränderlichen Sternen, wird auf den
Einfluss von Titanoxid zurückgeführt. Mira-Sterne sind veränderliche
Überriesensterne in einem sehr späten Entwicklungsstadium, die nach dem
Prototypen Mira im Sternbild Walfisch benannt werden.

Beobachtungen von Titanoxid und Titandioxid zeigen, dass diese beiden Moleküle
in der Umgebung von VY CMa in größerer Menge vorhanden sind, und zwar in
Bereichen, die in etwa auch von der Theorie vorhergesagt werden. Es scheint
jedoch, dass ein bestimmter Anteil dieser Moleküle keinen Staub bildet, sondern
in gasförmiger Form vorhanden ist. Eine mögliche Erklärung dafür wäre, dass der
Staub im umgebenden Nebel zerstört wurde und daher Titanoxid wieder im Gas
vorhanden ist. Ein solches Szenario wird dadurch unterstützt, dass Bestandteile
des Sternwindes um VY CMa offenbar miteinander kollidieren.

Die neuen Entdeckungen in Submillimeter-Wellenlängen sind vor allem wichtig,
um den Prozess der Staubentstehung zu erforschen. Bei optischen Wellenlängen
hat man das Problem, das die von den Molekülen ausgesandte Strahlung an
Staubpartikeln in dem umgebenden Nebel gestreut wird und sich daraus ein
verschwommenes Bild ergibt. Dieser Effekt kann bei Radiowellen im
Submillimeter-Bereich vernachlässigt werden und ermöglicht dadurch wesentlich
präzisere Messungen.

Die Entdeckung der beiden Titanoxide im Spektrum von VY CMa erfolgte mit dem
Submillimeter-Array (SMA), einem Radiointerferometer auf dem Mauna Kea in
Hawaii. Da dieses Instrument insgesamt acht Einzelantennen miteinander
verbindet, die ein virtuelles Teleskop von 226 Metern Durchmesser ergeben,
konnten die Astronomen ihre Messungen mit bislang nicht erreichter
Empfindlichkeit und Winkelauflösung durchführen.

Eine Bestätigung der neuen Entdeckungen erfolgte später mit dem Plateau-
de-Bure-Interferometer (PdBI) des IRAM-Instituts in den französischen Alpen.
Weitere Erkenntnisse erhoffen sich die Forscher vom kürzlich offiziell eröffneten
Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile. "ALMA wird die
Untersuchung von Titanoxiden und weiteren Molekülen in VY CMa bei sogar noch
besserer Auflösung ermöglichen", so Kamiński. "Damit lassen unsere Resultate
einiges für zukünftige Entdeckungen erwarten."

Die Astronomen berichten über ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics.

Quelle: www.astronews.com (März 2013)