U Camelopardalis: Der Kohlenstoffstern, der seine Hülle verliert

Ein einzigartiger Stern im Sternbild Giraffe

U Camelopardalis ist nicht nur ein hübscher Stern zum Fotografieren: Es ist ein wahres kosmisches Labor, in dem grundlegende Prozesse der Plasmaphysik, der Kohlenstoffchemie und der galaktischen Evolution auf stellarer Ebene experimentiert werden. Dank der Beobachtung solcher Kohlenstoffsterne verstehen wir besser, wie komplexe Materie im Universum entsteht, verteilt und recycelt wird.

U Camelopardalis, oft als U Cam abgekürzt, ist ein Kohlenstoffstern, der sich etwa 3000 Lichtjahre von der Erde entfernt im schwachen nördlichen Sternbild Giraffe befindet (Camelopardalis). Dieser besonders seltene Sterntyp zeichnet sich durch eine Atmosphäre aus, die mehr Kohlenstoff als Sauerstoff enthält, was seine Spektroskopie, seine Dynamik und seine Wechselwirkung mit dem interstellaren Medium tiefgreifend verändert.

U Cam wird als semiregulärer variabler Stern (SRb) klassifiziert und ist ein entwickelter Roter Riesenstern, der zum asymptotischen Riesenzweig (AGB) gehört. Es stellt eine fortgeschrittene Phase der Sternentwicklung für Sterne mittlerer Masse (1 bis 8 M☉) dar.

Kohlenstoffsterne: überschüssiger Kohlenstoff und angereicherte Atmosphäre

In AGB-Sternen wie U Cam bringen tiefe Konvektionsprozesse, die als „Third Dredge-Up“ bezeichnet werden, Kernfusionsprodukte an die Oberfläche, insbesondere Kohlenstoff, der durch die dreifache Alpha-Reaktion entsteht (⁴Er +⁴Er +⁴Er →¹²C). Wenn der Kohlenstoffgehalt den von Sauerstoff übersteigt, bilden sich Moleküle wie C₂, CN und CH bilden sich in der Sternatmosphäre und führen zu Spektren, die von charakteristischen Molekülbanden dominiert werden.

Diese Sterne spielen eine Schlüsselrolle bei der Anreicherung des interstellaren Mediums mit schweren Elementen durch den starken Massenverlust, den sie in Form von mit kohlenstoffhaltigem Staub angereichertem Sternwind erleiden.

Eine im sichtbaren Licht sichtbare Kugelschale

Was U Camelopardalis besonders faszinierend macht, ist das Vorhandensein einer nahezu perfekt symmetrischen kugelförmigen Gashülle, die den Stern umgibt. Diese Schale wurde vom Hubble-Weltraumteleskop im sichtbaren Licht beobachtet und enthüllte eine Struktur, die aus einem Massenverlust vor etwa 700 Jahren resultierte.

Diese Blase mit einem Radius von etwa 0,2 Lichtjahren dehnt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 23 km/s aus. Es stellt eine außergewöhnliche Gelegenheit dar, unter natürlichen Bedingungen die Dynamik ausgestoßener Hüllen, die Chemie von kohlenstoffhaltigem Staub und die Wechselwirkung zwischen aufeinanderfolgenden Sternwinden zu untersuchen.

Ein natürliches Labor für Sternentwicklung

Das wissenschaftliche Interesse von U Cam liegt in der Möglichkeit, eine Momentaufnahme eines vorübergehenden Prozesses der Sternentwicklung zu beobachten. Der Massenverlust durch diskrete Schalen ist immer noch kaum verstanden: Handelt es sich dabei um regelmäßige Pulsationszyklen? Heftige konvektive Episoden? Binäre Interaktionen? U Cam, isoliert und symmetrisch, bietet einen Testfall ohne größere Störungen und ermöglicht die Verfeinerung der Modelle der atmosphärischen Dynamik und des Strahlungstransfers in Sternhüllen.

Kosmologische und astrochemische Implikationen

Der in diesen Sternen gebildete kohlenstoffhaltige Staub spielt eine entscheidende Rolle bei der Opazität von Galaxien, der Bildung interstellarer Körner und der präbiotischen Chemie. Darüber hinaus steht die Anreicherung des interstellaren Mediums durch Kohlenstoff in direktem Zusammenhang mit der chemischen Geschichte von Galaxien. Die Beobachtung von Schalen wie der von U Cam ermöglicht es, Sternmodelle mit Beobachtungsbeschränkungen für die Isotopen- und Molekülhäufigkeit von Kohlenstoff in der Milchstraße zu verknüpfen.