Die Bildung von Staub

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Optische Aufnahme des Kugelsternhaufens 47 Tucanae. Astronomen, die die Staubproduktion in entwickelten Sternen untersuchen, erforschten die optischen und infraroten Eigenschaften der Sterne in diesem Haufen. Thomas V. Davis

 

Auf der Erde finden sich überall Staubpartikel – unter den Betten, auf Bücherregalen und sogar durch die Luft schwebend. Wir halten Staub für selbstverständlich. Staub ist auch im Weltraum allgegenwärtig und wird zum Beispiel in den kalten, dunklen Molekülwolken gefunden, in denen Sterne entstehen. Staub ist aus mehreren Gründen ein wichtiger Bestandteil des Kosmos. Er ist für viele chemische Elemente (zum Beispiel Kohlenstoff und Silizium) ein Speicher. Auch wirkt er als Katalysator für chemische Reaktionen, die die vielen komplexen Moleküle hervorbringen, die im Weltraum beobachtet wurden; diese Moleküle wiederum spielen eine entscheidende Rolle beim Heizen und Kühlen der Wolken, die zur Bildung der nächsten Sterngeneration (und ihrer Planeten) führen.

Die Astronomen sind sich nicht sicher, woher all dieser Staub herkommt. Der meiste Staub wird in den Winden von Sternen erzeugt, welche die Verschmelzung von Wasserstoff und Helium in ihrem Inneren beendet haben. Diese Sterne haben eine ansehnliche Menge an Kohlenstoff und Sauerstoff produziert, beginnen sich auszudehnen und stoßen Material ab, das zu Staubkörnern kondensiert. Aber es bleiben zahlreiche Fragen offen: dazu gehört die Natur der Körner (Form, Größe, Zusammensetzung), wann genau die Staubbildung in Sternen mit verschiedenen Massen beginnt und endet und wie dessen Bildung von der Elementanreicherung im Herkunftsstern abhängt.

Ein Weg, um viele dieser Probleme anzugehen, ist die Beobachtung von entwickelten Sternen in einem Kugelsternhaufen; alle Sterne in einem Kugelsternhaufen sind von ungefähr dem gleichen Alter und der gleichen Zusammensetzung; sie unterscheiden sich hauptsächlich in ihren Massen. Fünfzehn Astronomen haben die Staubproduktion in 47 Tucanae, der nächstgelegene (ungefähr 15.000 Lichtjahre entfernt) und einer der massereichsten (nahezu eine Million Sonnenmassen) Kugelsternhaufen, erforscht. Die Forscher verbanden optische Daten mit Infrarotmessungen des Spitzer-Weltraum-Teleskops, um die statistischen Eigenschaften der 47.727 Sterne im zentralen Bereich des Haufens zu modellieren. Da sich die Gruppe auf die Frage des Staubs und seines infraroten Beitrags zur Strahlung eines Sterns konzentrierte, engten sie die Gesamtliste auf 258 Sterne mit deutlichen Zeichen von Strahlung durch den Staub ein.

Die Astronomen erreichen aus ihrer Untersuchung mehrere wichtige Schlußfolgerungen. Sie finden, im Gegensatz zu einigen früheren Arbeiten, daß nur die hellsten, also wenige Prozent der Sterne Staub bilden, aber nahezu alle Sterne, die heller als 2.000 Sonnenleuchtkräfte sind, Staub hervorbringen. Die Gruppe folgert zudem, daß die anfängliche Zusammensetzung des Sterns kein wichtiger Faktor bei der Staubproduktion zu sein scheint; eine gewichtige Folgerung, wenn man die Staubproduktion in den frühen Epochen des Universums bedenkt. Nicht zuletzt verfeinern sie die Werte für das Alter des Haufens auf 12 ±1 Milliarden Jahre und seine Entfernung auf 15.032 ±650 Lichtjahre.

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