Beobachtungen mit dem IRTF-Teleskop

Prof. Thomas Giesen am IRTF (Infrared Telescope Facility) auf dem Mauna Kea, Hawaii (Quelle: T. Giesen)

Im September 2018 haben wir eine Meßkampagne am IRTF-Teleskop (Infrared Telescope Facility) auf Hawaii durchgeführt. Mit seinem 3 Meter großen Hauptspiegel in Kombination mit dem von uns verwendeten TEXES Instrument verfügt es über ein hohes spektrales Auflösungsvermögen im mittleren Infrarotbereich. Gemeinsam mit mehreren anderen Teleskopen befindet sich IRTF auf dem Mauna Kea in 4200 m Höhe. Ursprünglich wurde es im Jahr 1979 zur Unterstützung der Voyager-Missionen gebaut und wird jetzt im Auftrag der NASA von der University of Hawaii betrieben. 

Wonach haben wir gesucht?

Kleine metallhaltige Moleküle wie Titanoxid und Titandioxid (hier um den Stern VY Canis Majoris) sind die Kondensationskeime für die Entstehung von kosmischem Staub (Quelle: CDMS/T. Kamiński; ESA)

Im Rahmen der Meßkampagne wurden die Moleküle Titanoxid (TiO) und Titandioxid (TiO2) in der Hülle alternder Sterne gesucht. Diese und andere metallhaltigen Moleküle sind die "Saatkörner" für die Entstehung von kosmischem Staub. Diese bis zu wenigen Mikrometer großen Staubkörnchen sind von großem Interesse für die Astronomen, da auf ihren Oberflächen chemische Reaktionen stattfinden, die die Bildung größerer Moleküle im sehr dünnen interstellaren Medium überhaupt erst ermöglichen. So wurde zum Beispiel das auf der Erde vorhandene Wasser wahrscheinlich zum größten Teil auf kosmischen Staubkörnchen gebildet. 

Wo kommt der kosmische Staub her?

Auf solchen kosmischen Staubteilchen finden chemische Prozesse statt, bei denen z.B. das auf der Erde vorhandene Wasser gebildet wurde (Quelle: Wikipedia)

Die Quelle des Staubs sind alternde Sterne: Manche von ihnen stoßen gegen Ende ihres Lebens langsam ihre äußeren Hüllen ab. Diese bestehen aufgrund ihrer hohen Temperatur zunächst nur aus Atomen, mit zunehmendem Abstand kühlen sie jedoch ab und es bilden sich zuerst kleine, metallhaltige Moleküle. Im weiteren Verlauf sammeln sich auf diesen Kondensationskeimen immer mehr Atome an, bis sie Staubkorn-Größe erreichen.
Trotz der bedeutenden Rolle der Staubteilchen bei der Chemie im interstellaren Medium ist bis heute nicht genau bekannt unter welchen Bedingungen sie entstehen.  

Welche Quellen haben wir beobachtet?

VY Canis Majoris gehört zu den größten bekannten Sternen der Milchstrasse (Quelle: Wikipedia)

Um dies zu untersuchen, haben wir TiO und TiO2 in den Hüllen zweier alternder Sterne gesucht: Der erste Stern ist VY Canis Majoris im Sternbild "Großer Hund" - ein sauerstoffreicher roter Überriese, der seine äußeren Schichten langsam abstößt und so bereits eine große Staubwolke um sich gebildet hat. Mit 1500 Sonnenradien ist er einer der größten bekannten Sterne der Milchstraße.

Mira A und B, Oben: Aufnahme des Rönrtgensatelliten Chandra, Unten: Künstlerische Darstellung. Quelle: M. Karovska (CXC / NASA)

Der andere Stern ist Mira A - ein roter Riese im Sternbild Walfisch, der zusammen mit dem weißen Zwerg Mira B ein Doppelsternsystem bildet. Mira A ist ca. 400 mal größer als die Sonne und ein sogenannter veränderlicher Stern und Namensgeber für die Klasse der Mira-Sterne. Die von ihm ausgestoßene Staubhülle wird von Mira B angezogen und bildet eine Scheibe um diesen.  
Anhand unserer Messungen der Infrarotspektren der Sternhüllen wollen wir Erkenntnisse gewinnen über die Bedingungen, wie z.B. Temperatur und Druck, bei denen Titanoxide und andere kleine metallhaltige Moleküle beginnen zu kondensieren. Wird hoffen so ein besseres Verständnis für den "Startpunkt" der Staubentstehung im Weltall zu gewinnen. Ermöglicht wurden diese Messungen erst durch die vorherige Charakterisierung der dazugehörigen Infrarotspektren in unserem Labor.  

Impressionen vom NASA infrared telescope (IRTF)

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