Eine Revision der Theorie der Winde heißer Sterne

• Antragsteller: Professor Dr. Wolf-Rainer Hamann
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274933767

Manche Sterne entstehen mit zehn oder sogar hundert Mal mehr Masse als unsere Sonne. Solche "massereichen" Sterne spielen im Kosmos eine wichtige Rolle. Sie strahlen bis zu millionenfach stärker als die Sonne, und sie verströmen einen starken Sternwind, durch den sie in ihrer kurzen Lebenszeit den überwiegenden Teil ihrer Masse verlieren. Am Ende explodieren sie als Supernova. Die Allgegenwart und Bedeutung von Massenverlust bei heißen Sternen wurde vor fast fünfzig Jahren entdeckt. Bald darauf wurde eine Theorie vorgeschlagen, um zu erklären, wie solch riesige Mengen von Materie abgeblasen werden können. Der entscheidende Mechanismus dabei ist der Druck, der durch die enorm intensive Strahlung des Sterns ausgeübt wird. Die Materie im Sternwind absorbiert diese Strahlung und wird dadurch beschleunigt. Die genannte Theorie strahlungsdruckgetriebener Winde beschreibt diese sehr komplizierten Prozesse unter drastischen Näherungen. Dennoch waren ihre Ergebnissse in guter Übereinstimmung mit den Beobachtungen, jedenfalls für die zuerst untersuchten Sterntypen (Überriesen vom Spektraltyp O oder B). Aus heutiger Sicht war das vielleicht nur ein Zufall. Denn inzwischen haben verbesserte Modelle zur Analyse der Beobachtungen dazu geführt, dass die wichtigste Kenngröße, die sogennannte Massenverlustrate, deutlich nach unten korrigiert wurde. Für andere Sterntypen ist die genannte Theorie ohnehin nicht anwendbar oder ergibt unzutreffende Vorhersagen. Verschiedene Autoren haben inwischen die eine oder andere der Näherungen hinterfragt, auf denen die genannte Sternwind-Theorie beruht - teilweise mit alarmierenden Befunden. Die detaillierte Behandlung der Strahlungsprozesse in Sternwinden ist enorm aufwendig. Sie ist jedoch notwendig, um die Spektren von heißen Sternen mit Massenverlust überhaupt interpretieren und analysieren zu können. Die Potsdamer Arbeitsgruppe hat ein entsprechendes Computerprogramm entwickelt (Potsdam Wolf-Rayet Modellatmosphären - PoWR). Es gibt nur ganz wenige vergleichbare Codes weltweit. Diese Simulationen von Sternspektren können auch benutzt werden, um den Strahlungsdruck zu berechnen. Wir haben eine Methode entwickelt, um auf dieser Basis auch die Hydrodynamik des Sternwinds konsistent zu modellieren. Die drastischen Approximationen der erwähnten Sternwind-Theorie werden so vermieden. Unsere Modelle erklären erstmals die stärksten beobachteten Sternwinde bei den sog. Wolf-Rayet-Sternen. In dem neuen Projekt sollen nun diese Rechnungen auf Sternwinde allgemein angewendet werden. Es gilt zu verstehen, wo und warum bestimmte Näherungen der schematischen Sternwind-Theorie zusammenbrechen. Nachdem die neuen Modelle auch an Beobachtungen überprüft wurden, sollen hydrodynamische Simulationen für verschiedenste Sterne durchgeführt und die Massenverlustraten berechnet werden. Solche Vorhersagen werden dringend benötigt, um die von massereichen Sternen getriebene Entwicklung von Sternhaufen und Galaxien zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen