Die Spur von AGB-Sternen in präsolarem Staub

Präsolare Staubteilchen, die bei der Entstehung unseres Sonnensystems nicht zerstört wurden, erlauben einen Einblick, welche Arten von Sternen Material beigesteuert haben. Solche Staubteilchen können im Inneren von Meteoriten auf die Erde gelangen und erlauben die direkte Vermessung von Sternmaterial. Sie können durch abweichende Isotopenverhältnisse etwa von Sauerstoff, Kohlenstoff oder Aluminium identifiziert und gruppiert werden. Den verschiedenen Gruppen wiederum können Sterne verschiedener Masse als Urheber zugeordnet werden, die in den Spätphasen ihrer Entwicklung jene Staubteilchen erzeugen und über den Prozess des Massenverlusts an das Interstellar Medium abgeben. Ein Großteil der präsolaren Oxide und Silikate dürfte von Sternen kleiner und mittlerer Masse stammen. Wesentliche Analysewerkzeuge sind hierbei die Sauerstoff-Isotope 16O, 17O und 18O. Charakteristische Häufigkeitsverteilungen der Sauerstoff-Isotope entstehen in den genannten Sternen durch Wasserstoffbrennen und Durchmischungsvorgänge am Beginn des Roten Riesenstadiums sowie, wie neueste Forschungen belegen, auch während der weiteren Entwicklungsphasen als Roter Riesenstern. Interpretationen von präsolaren Teilchen werden vielfach mit Hilfe von Sternentwicklungsrechnungen vorgenommen. Eine Gegenüberstellung dieser Daten mit Beobachtungsdaten entwickelter Sterne hingegen fehlt vielfach. Diese wäre jedoch wichtig, um die Annahmen der Sternentwicklungsrechnungen zu überprüfen - insbesondere im Bereich der Durchmischungsprozesse in der Sternatmosphäre gibt es noch bedeutende Unklarheiten (Extra-Mixing), die auch eine Auswirkung auf das generelle Verständnis des kosmischen Materiekreislaufs haben. Mit dem vorgelegten Projekt soll der dringend benötigte Datensatz erhoben und mit den Ergebnissen von präsolaren Teilchen und Sternentwicklungsmodellen verglichen werden. Das Projekt umfasst Messungen an etwa 60-70 Sternen, teilweise basierend auf bereits aufgenommen Spektren und teilweise durch neue Beobachtungen. Mit Hilfe moderner Sternatmosphärenmodelle sollen präzise Element- und Isotopenhäufigkeiten bestimmt werden.

Das Projekt Die Spur von AGB-Sternen in präsolarem Staub, durchgeführt an der Universität Wien führte zu einem besseren Verständnis des Ursprungs sogenannter präsolarer Staubkörner, das sind winzig kleine Festkörper, die in Meteoriten gefunden wurden und das ursprüngliche Material, welches aus den zirkumstellaren Hüllen sterbender Sterne entstammt, repräsentieren. Aus diesem Material, welches im Rahmen der Sternentwicklung in den innersten Bereichen dieser Sterne aus leichten Elementen fusioniert wurde, ist unsere Erde und sind wir selbst aufgebaut. Bislang fehlte ein großangelegter, direkter Vergleich dieses präsolaren Staubes mit den wahrscheinlichen Verursachern, Sternen kleiner und mittlerer Masse. Dieser Vergleich ist mithilfe der Isotopenverhältnisse von Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopen möglich und wurde durch die Aufnahme und Analyse einer großen Stichprobe von Sternspektren im Rahmen dieses Projekts durchgeführt. Dabei wurden vor allem Rote Riesensterne untersucht, da sie jenes Stadium repräsentieren, in dem die erzeugten schwereren Elemente an die Sternoberfläche gemischt werden und der meiste Staub produziert wird. Im Rahmen des Projekts konnte gezeigt werden, dass Sterne kleiner und mittlerer Masse, ähnlich unserer Sonne, für einen Großteil der gefundenen Staubkörner verantwortlich sind. Eine genaue Analyse ließ in den gewonnen Daten auch einen galaktischen Entwicklungseffekt erkennen. Ein grundlegendes Problem in der Analyse von Einzelsternen ist die Bestimmung der Masse. Im Rahmen dieses Projekts war es möglich, die gemessenen Isotopenverhältnisse dazu zu verwenden, die Massen dieser Sterne zu bestimmen. Diese Methode wurde bislang in diesem Zusammenhang nicht angewendet und erlaubt eine Massenbestimmung bei Roten Riesen, die das Verständnis und die Modellierung dieser Entwicklungsphase wesentlich unterstützt. Die Testung und Optimierung der Methode war ebenfalls Bestandteil des Projekts. Die Modellierung der Sternatmosphären Roter Riesen stellte einen wichtigen Bestandteil des Projekts dar. Verschiedene Modelle sind in der Literatur verfügbar, und im Rahmen des Projekts wurden diese miteinander und mit Beobachtungen verglichen. Viele der untersuchten Sterne sind veränderlich in ihrer Helligkeit und Atmosphärenstruktur auf Zeitskalen von einigen zehn bis einigen hundert Tagen. Diese Effekte mussten in der Analyse berücksichtigt werden, und auch hierzu wurde im Rahmen des Projekts geforscht. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit Astrophysikerinnen und Astrophysikern aus Wien, Italien, den USA, Deutschland, Chile und Australien durchgeführt.