Die spektrale Energieverteilung von Protosternen

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Ein simuliertes Bild eines jungen Sterns, wie er im fernen Infrarot aussehen könnte. Eine dunkle Scheibe ist von der Kante her zu sehen und abströmendes Material ist ebenfalls vorhanden. Eine neue Arbeit vergleicht Modelle mit diesen Simulationen, um die Genauigkeit der Modelle zu bestimmen. Offner et al., 2012

 

Sterne entstehen, wenn gravitative Kräfte Gas und Staub in interstellaren Wolken verdichten, bis das Material Klumpen formt, die dicht genug sind, Sterne zu bilden. Wie dies genau abläuft ist jedoch noch immer sehr fraglich. Der Einfall von Materie erfolgt wohl nicht symmetrisch, er kann durch den Druck energiereicher Strahlung um den jungen stellaren Embryo gehemmt sein oder er ist vielleicht auf anderen Wegen eingeschränkt. Diese Vorgänge versetzen umgebendes Material in die Lage, sich zu Scheiben um die Sterne zu entwickeln und diese wiederum können sich zu Planeten entwickeln. Die Unterschiede in diesen Bedingungen sind wichtig für unser Verständnis der Bildung unseres Sonnensystems, da Planeten wie die Erde gerade aus dem Material aufgebaut sind, das nicht Teil des Sterns geworden ist.

Es ist schwierig, diese vielfältigen Prozesse direkt zu beobachten. Junge Sterne sind in Licht verschluckenden Staub eingebettet und dazu im Allgemeinen so weit entfernt, daß die Abbildungsfähigkeit der Instrumente bis auf ganz wenige Fälle nicht in der Lage ist, einen Stern von seiner Scheibe oder umgebenden Wolke zu unterscheiden. Statt sich auf Bilder zu verlassen, messen Astronomen über mehrere Zehnerpotenzen hinweg die von dem Stern und seiner Umgebung abgestrahlte Gesamtenergie, von Wellenlängen im Optischen über Infrarot bis zum Submillimeterbereich. Die sogenannte „spektrale Energieverteilung“ (spectral energy distribution = SED) mißt die Strahlung der stellaren Kinderstube bei Wellenlängen, bei denen der Großteil ihrer Energie liegt – im Optischen vom Stern und in infraroten Banden vom Staub in der Scheibe oder der Umgebung, wobei jedes Band der Strahlung verschiedene Materialtemperaturen aufzeigt. Eine ganze Reihe an modernen Weltraumteleskopen, wie das Spitzer-Weltraum-Teleskop und das Herschel-Weltraum-Observatorium, sind eingesetzt worden, um diese Daten zu sammeln.

Astronomen verwenden Modelle, um aus der gemessenen SED die physikalischen Prozesse, die dort ablaufen, im Detail nachzustellen. CfA-Astronom Tom Robitaille (der das CfA vor Kurzem verlassen hat) war einer der erfolgreichsten Wissenschaftler beim Modellieren junger, stellarer Objekte und seine Computerprogramme sind für etwa sechs Jahre viel benutzt worden. In der Ausgabe 753 des Astrophysical Journal hat Robitaille gemeinsam mit Stella Offner vom CfA und drei weiteren Kollegen die Frage gestellt: Wie genau sind die Modelle eigentlich?

Um diese Modelle zu testen, wenden sie eine aufwendige Simulation der Sternbildung an, deren Ergebnisse sie nutzen, um SEDs zu berechnen, die sie mit den Modellen vergleichen. Natürlich werden auch bei den Simulationen Näherungen verwendet und könnten etwas Wichtiges außer Acht lassen, aber sie liefern dennoch eine exzellente Bestätigung für die meisten Eigenschaften, wie etwa die Bedeutung des Beobachtungswinkels bei der Ermittlung der beobachteten SED. Die Schlußfolgerung der Gruppe: insgesamt sind die Modelle sehr gut, um bei einem jungen Stern das Entwicklungsstadium, die Akkretionsrate und die Sternmasse abzuschätzen, aber weniger geeignet, um die Eigenschaften der Scheibe oder der Hülle zu bestimmen. Die Eigenschaften des Staubs gehören zu den Größen, die präzisiert werden müssen, um das Modellieren der Sternbildung zu verbessern. Ihre Arbeit geht weiter und die zukünftige Forschung wird es erlauben, noch mehr Details der Sternentwicklung aus Beobachtungen der spektralen Energieverteilung zu folgern.

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