WOH G64: Einer der grössten Sterne im All könnte bald explodieren

Der Sterngigant WOH G64 entwickelte sich in nur knapp zwei Jahren von einem Roten Überriesen zu einem Gelben Hyperriesen. Bild: Patryk Iwanek/OGLE

WOH G64: Einer der grössten Sterne im All könnte bald explodieren

Der Stern WOH G64, einer der grössten bekannten Sterne im Universum, hat sich in den letzten Jahren von einem Roten Überriesen zu einem Gelben Hyperriesen entwickelt – wohl kurz vor seinem Ende in einer Supernova.

In den 1970er-Jahren entdeckten Astronomen in der Grossen Magellanschen Wolke, einer Satellitengalaxie der Milchstrasse, einen der grössten Sterne des Universums: WOH G64. Es zeigte sich, dass es sich um einen zwar massereichen, aber extrem kühlen Stern handelte, dessen Radius jenen unserer Sonne um das etwa 1540-Fache überstieg. Ein Objekt, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen könnte, würde über sechs Stunden benötigen, um die Oberfläche dieses Sterns zu umrunden, verglichen mit nur 14,5 Sekunden bei der Sonne. Solche Himmelskörper werden als Rote Überriesen bezeichnet.

Derart massive Sterne haben eine relativ kurze Lebensdauer – sie existieren nur einige Millionen Jahre – und die Phase als Roter Überriese stellt die letzte Stufe ihrer Entwicklung dar. Das Alter von WOH G64 wird auf weniger als fünf Millionen Jahre geschätzt. Gemäss der gängigen Theorie der Sternentwicklung sollten solche Sterne bald ihr Leben in einer Supernova beenden oder ohne sichtbare Explosion zu einem Schwarzen Loch kollabieren.

WOH G64

Der Rote Überriese WOH G64 befindet sich in der Grossen Magellanschen Wolke (Large Magellanic Cloud, LMC), einer Satellitengalaxie unserer Milchstrasse, und ist etwa 160'000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Er ist im Sternbild Schwertfisch zu finden, das von der südlichen Himmelshalbkugel aus zu sehen ist. Mit 25 bis 28 Sonnenmassen, einer geschätzten Grösse zwischen 800 und 1600 Sonnenradien und einer Leuchtkraft von mehr als dem 280'000-Fachen unserer Sonne gilt er als einer der grössten bekannten Sterne und als wahres Sternungetüm (englisch: Behemoth star); stände er anstelle der Sonne in unserem Sonnensystem, würde seine Oberfläche fast bis zur Jupiterbahn reichen.

WOH G64 (im roten Kreis) innerhalb der Grossen Magellanschen Wolke. Bild: Wikimedia

Kritische Phase der Entwicklung

Ein internationales Team um Gonzalo Muñoz-Sanchez vom Institut für Astronomie, Astrophysik, Weltraumanwendungen und Fernerkundung in Athen hat nun in der renommierten Fachzeitschrift Nature Astronomy die Ergebnisse langjähriger Forschungen zu WOH G64 veröffentlicht. Der Riesenstern hat demnach innerhalb eines überraschend kurzen Zeitraums von nur wenigen Jahren eine vollständige Transformation durchlaufen.

Das Team analysierte Beobachtungen von WOH G64, die sich über 30 Jahre hinweg erstreckten. Dabei fielen den Astronomen signifikante Veränderungen in der Helligkeit und der atmosphärischen Zusammensetzung des Sterns auf. Diese Beobachtungen könnten darauf hindeuten, dass der Stern sich in einer kritischen Phase seiner Entwicklung befindet, die letztlich in eine Supernova münden könnte.

Einer der grössten bekannten Sterne im Universum: WOH G64 A im Vergleich mit unserer Sonne. Bild: Wikimedia

Anstieg der Oberflächentemperatur

Die Oberflächentemperatur des Riesensterns lag bei seiner Entdeckung schätzungsweise zwischen 2700 und 3000 Grad Celsius, das ist etwa halb so hoch wie bei unserer Sonne. Das Forschungsteam konnte jedoch mittels fotometrischer Archivdaten seit 1992 und Spektralmessungen aus den Jahren 2007 bis 2021 nachweisen, dass die Helligkeit von WOH G64 im Visuellen in den Jahren 2013 und 2014 um fast zwei Magnituden anstieg. Im Infrarotbereich blieb sie hingegen nahezu konstant. Die Zunahme der visuellen Helligkeit führen die Astronomen auf einen Anstieg der Oberflächentemperatur um mehr als 1000 Grad zurück; sie wird nun auf circa 4500 Grad Celsius geschätzt.

Die rasche Farbveränderung des Riesensterns binnen weniger als zwei Jahren – effektiv innerhalb eines Zeitraums von nur rund 400 Tagen – lässt vermuten, dass sich WOH G64 von einem Roten Überriesen zu einem Gelben Hyperriesen entwickelt hat. Man sollte sich dabei allerdings nicht vom Namen in die Irre führen lassen: Die sehr seltenen Gelben Hyperriesen sind kleiner und kompakter als Rote Überriesen, dafür heisser. Sie sind jedoch grösser als gewöhnliche Gelbe Überriesen.

Im Jahr 2024 war WOH G64 der erste Stern ausserhalb unserer Galaxie, der jemals detailliert fotografiert wurde. Das Bild des Very Large Telescope Interferometers zeigt einen deutlichen staubigen Kokon um den zentralen Riesenstern. Dies bestätigt, dass er mit zunehmendem Alter an Masse verloren hat.Bild: ESO/K. Ohnaka et al.

Symbiotisches Doppelsternsystem

Für diese Transformation schlägt das Forschungsteam um Muñoz-Sanchez zwei mögliche Erklärungen vor: Eine Möglichkeit besteht darin, dass WOH G64 Teil eines symbiotischen Doppelsternsystems ist und die Interaktion mit seinem Begleiter die Entwicklung zum Gelben Hyperriesen ausgelöst hat. Die Spektraldaten legen tatsächlich nahe, dass es im System von WOH G64 zwei Komponenten gibt: einen Gelben Hyperriesen und einen heissen blauen Stern der Spektralklasse B, der von einer Akkretionsscheibe umgeben ist.

Alternativ könnte der Gigant aber immer schon ein Gelber Hyperriese gewesen sein, der jedoch vor einigen Jahren so viel Material abgestossen hat, dass er für eine gewisse Zeit wie ein Roter Überriese erschien. Die umgebende Materie hatte sich dann in den frühen 2000er-Jahren so weit verteilt, dass WOH G64 wieder in seiner ursprünglichen Gestalt als Gelber Hyperriese auftauchte. Auf jeden Fall werfen diese Entwicklungen ein neues Licht auf die Dynamik massereicher Sterne und ihre Lebenszyklen, insbesondere die letzten Lebensphasen.

Künstlerische Darstellung des staubigen Torus und des elliptischen Staubkokons, die WOH G64 umgeben. Bild: Wikimedia/ESO/L. Calçada

Supernova oder Schwarzes Loch

Wie sieht die Zukunft für den Riesenstern aus? Sein genaues Schicksal ist ungewiss und hängt von der Entwicklung des Doppelsternsystems ab: Der massive Teil, der Gelbe Hyperriese, wird vermutlich in einigen tausend Jahren in einer Supernova explodieren. Möglich ist auch, dass er direkt oder als Ergebnis einer Verschmelzung mit seinem blauen Begleitstern zu einem Schwarzen Loch kollabieren wird.

Möglich ist aber auch, dass der Stern kurz vor der Explosion steht. Ein mögliches Szenario ist, dass der Übergang, den wir beobachten, auf die «Superwind»-Phase vor der Supernova zurückzuführen ist, in der grosse Mengen an Gas und Staub in die Umgebung geschleudert werden. Diese Phase soll aufgrund starker innerer Pulsationen auftreten, wenn der Brennstoff im Kern schnell verbraucht wird, und sie dauert nur wenige hundert Jahre an.

Wenn wir also Glück haben, werden wir noch zu Lebzeiten die Explosion des Riesensterns WOH G64 miterleben, was uns zu Zeugen eines unglaublichen intergalaktischen Spektakels machen würde.