Eta Carinae

Eta Carinae ist eines der massivsten Doppelsternsysteme überhaupt und liegt in einer Entfernung von etwa 7.500 Lichtjahren von der Erde.

Eta Carinae liegt in Richtung Carina-Konstellation. Die Primärkomponente im System hat etwa die 90-fache Masse der Sonne und ist 5 Millionen Mal leuchtender.

Der kleinere Stern hat etwa 30 Sonnenmassen und kann bis zu einer Million Mal leuchtender sein als die Sonne. Beide Sterne werden in relativ naher Zukunft bei Supernova- oder Hypernova-Explosionen das Ende ihres Lebenszyklus erreichen.

Das Eta Carinae System hat mindestens zwei Sterne. Der Primärstern wird als leuchtend blaue Variable (LBV) klassifiziert. Die Sekundärkomponente ist ein heißer Überriese, der den Primärstern umkreist.

Der Begleiter ist bei optischen Wellenlängen völlig unsichtbar, da er von dem dicken Nebel um Eta Carinae umgeben ist.

Der Name des Sterns wird ausgesprochen[ˈiːtə kəˈrinə kəˈrinə].

Der Reflexionsnebel um Eta Carinae ist als Homunkulus-Nebel bekannt und gehört zum größeren Carina-Nebel. Der Homunkulus-Nebel bildete sich nach dem Supernova-Betrügerereignis des Sterns in der Mitte des 19. Jahrhunderts. Der Nebel besteht hauptsächlich aus Staub, der aus dem Material kondensiert, das während des Ausbruchs 1843 aus dem Stern ausgestoßen wurde. Der Homunkulus-Nebel ist bekannt für sein Aussehen mit zwei Pollappen und einem äquatorialen “Rock” oder einer großen dünnen äquatorialen Scheibe.

Der Carina-Nebel ist ein großer heller Nebel, der mehrere Sternhaufen umgibt. Sie enthält zwei der massivsten und leuchtendsten Sterne unserer Milchstraßen-Galaxie, Eta Carinae und HD 93129A. Der Nebel selbst, der 7500 Lichtjahre entfernt liegt, erstreckt sich über 260 Lichtjahre, etwa das Siebenfache der Größe des Orionnebels, und zeigt sich in diesem Mosaik in seiner ganzen Pracht. Es basiert auf Bildern, die mit dem 1,5 m dänischen Teleskop am ESO-Observatorium La Silla aufgenommen wurden. Eta Carinae (der hellste Stern in diesem Bild) ist der leuchtendste Stern, der in der Galaxis bekannt ist, und hat höchstwahrscheinlich eine Masse, die mehr als 100 mal so groß ist wie die der Sonne. Es ist das nächste Beispiel für eine leuchtende blaue Variable, die letzte Phase im Leben eines sehr massiven Sterns, bevor er in einer feurigen Supernova explodiert. Eta Carinae ist von einer sich ausdehnenden bipolaren Wolke aus Staub und Gas umgeben, die als Homunculus (kleiner Mann auf Lateinisch) bekannt ist und von der Astronomen glauben, dass sie bei einem großen Ausbruch im Jahr 1843 aus dem Stern vertrieben wurde.

Die kombinierte bolometrische Leuchtkraft des Eta Carinae-Systems ist mehr als 5 Millionen Mal höher als die der Sonne. Während des Ausbruchs im 19. Jahrhundert warf der Stern über 10 Sonnenmassen in den Weltraum, die nun den umgebenden Nebel bilden. Der Stern selbst überlebte das Ereignis jedoch irgendwie, obwohl er etwa so viel sichtbares Licht freisetzte wie eine echte Supernova-Explosion.
Eta Carinae ist nördlich des 30. Breitengrades nicht zu sehen und liegt für Beobachter südlich des 30. Breitengrades nie unter dem Horizont, wo es zirkumpolar ist.

Astronomen entwickelten kürzlich ein 3D-Modell der großen Wolke, die der Stern während seines Ausbruchs im 19. Jahrhundert vertrieb, bekannt als der Große Ausbruch. In der Zeit zwischen 1838 und 1845 zeigte Eta Carinae eine ungewöhnliche Variabilität und überstrahlte kurz den Canopus, den zweithellsten Stern am Himmel, der sich ebenfalls im Sternbild Carina befindet.

Der Stern trieb eine gasförmige Hülle mit einer Masse zwischen dem 10- und 40-fachen der Sonne in den Weltraum. Diese etwa ein Jahr lange Schale bildet den berühmten zweilappigen Homunkulus-Nebel. Die Wolke dehnt sich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1,3 Millionen Meilen oder 2,1 Millionen Kilometern pro Stunde aus.

Das internationale Forscherteam verwendete das Very Large Telescope und seinen X-Shooter-Spektrographen am European Southern Observatory in Chile und erstellte die bisher vollständigste Spektralkarte des Nebels. Sie bildeten Nahinfrarot-, Ultraviolett- und sichtbare Wellenlängen entlang von 92 verschiedenen Bahnen durch die Wolke ab und verwendeten die Raum- und Geschwindigkeitsdaten, um das erste hochauflösende 3D-Modell des Nebels zu erstellen.

“Zum ersten Mal sehen wir Beweise dafür, dass intensive Interaktionen zwischen den Sternen im zentralen Binärsystem eine wichtige Rolle bei der Gestaltung des Nebels gespielt haben, den wir heute sehen”, sagte Thomas Madura, ein NASA Postdoc-Programmstipendiat am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und einer der Forscher.

Das 3D-Modell bestätigt mehrere Merkmale des Homunkulus-Nebels, die bereits in früheren Studien identifiziert wurden, darunter große Löcher am Ende jedes Lappens. Das Modell hat alo geholfen, neue Merkmale des Nebels zu identifizieren, darunter große, tiefe Gräben um jeden Lappen, unregelmäßige Risse auf der erdabgewandten Seite und armartige Vorsprünge von jedem Lappen in der Nähe des Staubschirms, die in der Nähe des Zentrums des Nebels im sichtbaren Licht zu sehen sind.

Jose Groh, Astronom an der Universität Genf in der Schweiz, sagte: “Eine der Fragen, die wir mit dieser Studie beantworten wollten, ist, ob der Homunculus einen Abdruck der binären Natur des Sterns enthält, da frühere Versuche, seine Form zu erklären, davon ausgegangen sind, dass beide Lappen mehr oder weniger identisch und symmetrisch um ihre Längsachse waren. Die neuen Features deuten darauf hin, dass die Wechselwirkungen zwischen den Sternen von Eta Carinae dazu beigetragen haben, den Homunkulus zu formen.”

Die beiden Sterne im Eta Carinae-System nähern sich alle 5,5 Jahre ihrem nächsten Ziel, wenn sie sich etwa in einer ähnlichen Entfernung wie zwischen Mars und Sonne befinden. Ihre Sternwinde interagieren in dieser Zeit noch dramatischer (Periastron genannt) und der schnellere Wind, der vom kleineren Stern im binären System ausgeht, schneidet einen Tunnel durch den dichteren Wind des größeren Sterns. Der Öffnungswinkel des Hohlraums, der durch die Interaktion entsteht, entspricht genau dem Winkel zwischen den armartigen Vorsprüngen (110 Grad) und der Länge der tiefen Gräben um die Lappen (130 Grad). Dieser Befund deutet darauf hin, dass der Nebel wahrscheinlich noch einen Eindruck aus der Zeit um die Zeit des Großen Ausbruchs trägt, als sich die beiden Sterne ihrem nähesten Ziel näherten.

Das 3D-Modell des Homunculus-Nebels wurde in ein Format konvertiert, das von 3D-Druckern verwendet werden kann und jedem zugänglich ist, der Zugang zu einem 3D-Drucker hat, zusammen mit der veröffentlichten Studie.

Theodore Gull, Goddard Astrophysiker und Co-Autor des Papiers, sagte: “Während 3D-Druckmodelle ein hervorragendes Visualisierungswerkzeug für alle Astronomie-Interessierten sein werden, sehe ich sie als besonders wertvoll für Blinde, die nun geprägte astronomische Bilder mit einer wissenschaftlich genauen Darstellung des Realen vergleichen können”.

Fakten über Eta Carinae

Eta Carinae galt bis 2005 als ein einziger Stern, als die Beweise bestätigten, dass es sich tatsächlich um ein binäres System handelte.

Die Eta Carinae verbraucht ihre Vorräte an Kernbrennstoffen rasant und wird sie innerhalb der nächsten Millionen Jahre wahrscheinlich irgendwann vollständig verlassen.
Sobald es das tut, wird es in einem Ausbruch explodieren, der heftig genug ist, um von der Erde während des Tages sichtbar zu sein, so einige, und ein schwarzes Loch hinterlassen. Der riesige Stern könnte morgen oder in tausend Jahren oder später explodieren. Die Zeitachse ist schwer vorherzusagen.

Die extrem hohe Masse des Sterns ist der Grund, warum er so instabil ist und seinen Treibstoff so schnell verbraucht. Viele glauben, dass Sterne wie Eta Carinae einen extremen Massenverlust aufweisen und Wolf-Rayet-Sterne werden, bevor sie als Supernovae explodieren, wenn sie ihre Masse nicht halten können, um ihr Leben als Hypernovae zu beenden.

Der Stern befindet sich in der Nähe des Zentrums von Trumpler 16, einem der wichtigsten Sternhaufen in Carina OB1, der wiederum eine der wichtigsten stellaren Assoziationen im Carina-Nebel ist. Es wird vermutet, dass sich der Stern als Massenschwerpunkt der molekularen Wolke gebildet hat, in der Trumpler 16 gebildet wurde.
Eta Carinae wurde 1677 erstmals vom englischen Astronomen, Physiker und Mathematiker Edmond Halley katalogisiert. Damals war es ein Stern der 4. Größenordnung. Um 1730 erhellte er sich deutlich und wurde zu einem der hellsten Sterne im Sternbild Carina. Der Stern dimmte dann und kehrte bis 1782 zu seiner früheren Größe zurück und begann erst 1820 wieder an Helligkeit zu gewinnen.

Der griechische Buchstabe Eta (η) wurde dem Stern im 18. Jahrhundert vom französischen Astronomen Nicolas Louis de Lacaille zugewiesen. Eta Carinae war bis dahin ein Stern zweiter Größenordnung. Lacaille war verantwortlich für die Kartierung aller Sterne im damals viel größeren Sternbild Argo Navis, bestehend aus den heutigen Sternbildern Carina, Puppis und Vela.

Der Stern ist in der traditionellen chinesischen Astronomie als Tseen She (“Heaven’s Altar”) und Foramen bekannt, aber auch als “The Second Star of Sea and Mountain”, was sich auf einen Sterngruppe bezieht, die er mit den Sternen Carinae, Lambda Centauri im Centaurus-Konstellation und Lambda Muscae in Muscae bildet.

Im April 1843 erhellte sich Eta Carinae wieder und wurde der zweithellste Stern am Himmel, nur dimmbar als Sirius. Dies dauerte etwa 20 Jahre. Es hatte eine scheinbare Helligkeit von -0,8. Danach verblasste er wieder und wurde 1868 für das bloße Auge unsichtbar und hinterließ das, was wir heute als Homunkulus-Nebel kennen. Während des Ausbruchs war Eta Carinae trotz der großen Unterschiede in den Entfernungen der Sterne zur Erde nur von Sirius in der Helligkeit die Nummer zwei. Sirius ist nur 8,6 Lichtjahre entfernt und Eta Carinae ist etwa 7.500 Lichtjahre entfernt.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war das Doppelsternsystem Eta Carinae schwach und ununterscheidbar. In den ersten Jahrzehnten des Jahrhunderts wurde er immer heller, bis er im April 1843 der zweithellste Stern am Himmel war, der nur von Sirius (der fast tausend Mal näher an der Erde ist) in den Schatten gestellt wurde. In den folgenden Jahren dämmerte es allmählich wieder und war im 20. Jahrhundert für das bloße Auge völlig unsichtbar.

Seitdem variiert die Helligkeit des Sterns immer weiter, und obwohl er in einer dunklen Nacht wieder mit bloßem Auge sichtbar ist, ist er nie wieder seinem Höhepunkt von 1843 nahe gekommen.
Der größere der beiden Sterne im Eta Carinae-System ist ein riesiger und instabiler Stern, der sich dem Ende seines Lebens nähert, und das Ereignis, das die Astronomen des 19. Jahrhunderts beobachteten, war eine stellare Nahtoderfahrung.

Wissenschaftler nennen diese Ausbrüche Supernova-Betrüger-Ereignisse, weil sie ähnlich wie Supernovae aussehen, aber nur kurz davor stehen, ihren Stern zu zerstören.
Obwohl die Astronomen des 19. Jahrhunderts keine Teleskope hatten, die stark genug waren, um den Ausbruch von 1843 im Detail zu sehen, können seine Auswirkungen heute untersucht werden. Die riesigen Materiewolken, die vor anderthalb Jahrhunderten abgeworfen wurden, bekannt als der Homunkulus-Nebel, sind seit seiner Einführung 1990 ein regelmäßiges Ziel von Hubble. Dieses Bild, aufgenommen mit der Advanced Camera for Surveys High Resolution Channel, ist das bisher detaillierteste und zeigt, wie das Material vom Stern nicht einheitlich ausgeworfen wurde, sondern eine riesige Kurzhantel-Form bildet.

Eta Carinae ist nicht nur wegen seiner Vergangenheit, sondern auch wegen seiner Zukunft interessant. Es ist einer der der der Erde am nächsten gelegenen Sterne, der in relativ naher Zukunft wahrscheinlich in einer Supernova explodieren wird (obwohl in astronomischen Zeitabständen die “nahe Zukunft” noch eine Million Jahre entfernt sein könnte). Wenn dies der Fall ist, erwartet man eine beeindruckende Aussicht von der Erde, die noch viel heller ist als ihr letzter Ausbruch: SN 2006gy, die hellste Supernova, die je beobachtet wurde, kam von einem Stern des gleichen Typs.

Eta Carinae begann sich in den 90er Jahren wieder zu erhellen. In den Jahren 1998 und 1999 verdoppelte sich die Helligkeit des Sterns plötzlich. Im Jahr 2007 hatte der Stern eine visuelle Größe von 5 und war mit bloßem Auge wieder sichtbar.

Nach dem Großen Ausbruch ging ein Teil des Lichts des Sterns direkt auf die Erde zu, und in alle anderen Richtungen, aber ein Teil davon reflektierte auch von den nahegelegenen Staubwolken und machte einen Umweg. Dieses Phänomen wird als Lichtecho bezeichnet. Zumindest ein Teil des 1843 beobachteten Echos des Ereignisses erreichte uns erst kürzlich. Das Supernova-Betrügerereignis selbst ereignete sich natürlich vor etwa 7.500 Jahren. Die Echos wurden 2011 mit dem 4-Meter-Teleskop Blanco des U.S. National Optical Astronomy Observatory am Cerro Tololo Inter-American Observatory erfasst.

Wenn Eta Carinae explodiert, wird uns die intensive Strahlung des Supernova-Ereignisses höchstwahrscheinlich nicht direkt treffen, denn mit 7.500 Lichtjahren wird sie bei weitem nicht so intensiv sein, wenn sie die Erde erreicht. Beobachter in südlichen Breitengraden werden jedoch ein ziemliches Spektakel am Himmel sehen, da Eta Carinae einer der massivsten Sterne in der Milchstraße ist und das Supernova-Event sehr hell sein wird. Wenn die Explosion uns einen Schaden zufügt, dann in der oberen Atmosphäre und in der Ozonschicht. Satelliten, Raumschiffe und Astronauten könnten betroffen sein. Die Explosion wird wahrscheinlich einen Gammastrahlenausstoss (GRB) aus den Polargebieten der Drehachse des Sterns ausstoßen, aber da die Achse des Sterns nicht auf die Erde zeigt, wird der Gammastrahl uns wahrscheinlich nicht beeinflussen.

Sterne so massiv wie Eta Carinae sind extrem selten, und Galaxien von der Größe der Milchstraße enthalten nur etwa ein paar Dutzend davon. Sterne, die mehr als 120 Sonnenmassen sind, überschreiten die Eddington-Grenze, was bedeutet, dass der Außendruck ihrer Strahlung nahezu stark genug ist, um der Schwerkraft entgegenzuwirken, d.h. ihre eigene Schwerkraft kann kaum in der Strahlung und dem Gas des Sterns halten.

Eta Carinae’s Supernova Betrüger-Ereignis wurde zum Prototyp für diese Art von Phänomen. Andere ähnliche Ereignisse wurden in anderen Galaxien im letzten Jahrhundert beobachtet, darunter SN 1961v in NGC 1058 in Perseus-Konstellation und SN 2006jc in UGC 4904. In einer Entfernung von 77 Millionen Lichtjahren von der Erde in Richtung des Sternbildes Luchs gelegen, verursachte SN 2006jc 2004 ein Betrügerereignis und explodierte zwei Jahre später, am 9. Oktober 2006, als Typ-Ib-Supernova.

Eta Carinae Daten

Konstellation: Carina
Sternenklassifizierung: BIae-0 / OI
Variablentyp: LBV (leuchtend blaue Variable) und binär
Koordinaten: 10h 45m 03.591s (Rektaszension), -59°41’04.26″ (Deklination)
Scheinbare Größenordnung: -0,8 bis 7,9
Absolute Größe: -7
Masse: 120 Sonnenmassen/30 Sonnenmassen
Radius: 240 Sonnenradien/24 Sonnenradien
Leuchtkraft: 5 Millionen Solarleuchten/1 Million Solarleuchten
Temperatur: 15.000 TEUR/37.200 TEUR
Bezeichnungen: Eta Carinae, η Carinae, η Car, Foramen, Tseen She, 231 G. Carinae, HR 4210, CD-59°2620, HD 93308, SAO 238429, WDS 10451-5941, IRAS 10431-5925, GC 14799, CCDM J10451-5941

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