Die Eigenschaften prästellarer Kerne

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Falschfarben-Infrarotbild einer jungen, sternbildenden Staubwolke mit mehreren eingebetteten Kernen (in rot kenntlich gemacht). Eine neue Untersuchung im Infraroten von 3218 Kernen in verschiedenen Stadien der Entwicklung hat es Astronomen ermöglicht, Temperaturen, Dichten und Entwicklungsstufen von jungen stellaren Geburtsstätten in Kategorien einzuteilen.
NASA / Spitzer and P. Myers

 

Sterne wie die Sonne beginnen ihre Existenz als kalte, dichte Kerne aus Staub und Gas, die sich unter dem Einfluß der Gravitation verdichten, bis die Kernfusion gezündet hat. Diese Kerne enthalten Hunderte bis Tausende von Sonnenmassen und besitzen Gasdichten, die etwa tausendmal höher sind als in den gewöhnlichen interstellaren Regionen (der typische Wert beträgt rund ein Molekül pro Kubikzentimeter). Wodurch der Verdichtungsprozeß in den stellaren Embryonen ausgelöst wird, ist nur schlecht verstanden und reicht von der Zahl der Sterne, die sich bilden, bis zu den Faktoren, die ihre endgültige Masse festlegen. Kaum verstanden ist auch die genaue Zeitskala für die Sternentstehung. Material könnte beispielsweise einfach nur frei in Richtung Zentrum des Kerns fallen, aber in den realistischeren Szenarien ist der Einfall durch Druck von warmem Gas, turbulenten Bewegungen, Magnetfeldern oder verschiedenen Kombinationen aus diesen gehemmt.

Astronomen untersuchen diese Fragen durch Beobachtung junger Sterne während ihrer Geburt. Allerdings macht der Staub in diesen Geburtskernen (oder Klumpen) diese für sichtbares Licht undurchdringlich und macht Beobachtungen bei anderen Wellenlängen erforderlich, besonders bei infraroter, Submillimeter- oder Radiostrahlung. Am Anfang der Sternentstehung heizt ein embryonaler Stern die umgebende Staubwolke auf Temperaturen zwischen ungefähr zehn und dreißig Kelvin auf, bevor Sternwinde und Strahlung das Material fortblasen und den neu entstandenen Stern freilegen. Andrés Guzmán und Howard Smith vom CfA sowie fünf weitere Astronomen haben eine Untersuchung an 3.246 sternbildenden Kernen abgeschlossen, die größte je untersuchte Stichprobe. Die kalten Kerne selbst wurden bei der Submillimeter-Wellenlängen Himmelsdurchmusterung mit APEX entdeckt und anschließend bei sechzehn Spektrallinien im Submillimeterbereich beobachtet; die in den Spektren enthaltenen Informationen ermöglichten es den Astronomen, sowohl die Entfernung zu jedem Kern zu bestimmen als auch ihre Chemie und Gasbewegungen im Inneren eingehend zu untersuchen. Die neue Veröffentlichung verbindet diese Ergebnisse mit den Messungen der Durchmusterungen des Herschel Space Observatory im fernen Infrarot. Die Herschel-Daten erlauben den Wissenschaftlern, die Staubdichte, Masse und Temperatur von jedem einzelnen Kern zu berechnen; der große Datensatz läßt dann brauchbare statistische Vergleiche zwischen Kernen mit unterschiedlichen Parametern zu.

Quellen aus der Stichprobe lassen sich allgemein in vier Kategorien einteilen: ruhige Klumpen, welche die niedrigsten Temperaturen (16.8 K) und die geringste Infrarot-Abstrahlung besitzen; protostellare Klumpen, die der Ursprung mit den jüngsten identifizierbaren stellaren Objekten sind; Gebiete ionisierten Wasserstoffs, Kerne also, in denen die Sterne einiges vom umgebenden Gas ionisiert haben sowie „Photodissoziations“-Kerne, die wärmsten Klumpen in der Stichprobe mit Staubtemperaturen von etwa 28 K und die geringfügig weiter entwickelt und heller sind als die Kerne ionisierten Wasserstoffs. Auch wenn die Kategorien in ihren Eigenschaften ineinander übergehen, erlaubt die große Stichprobe den Wissenschaftlern zu folgern, daß, im Durchschnitt, in den ruhigen Klumpen die Staubtemperatur in Richtung der Ränder hin ansteigt, wohingegen die Temperaturen in protostellaren und ionisierten Wasserstoffkernen in Richtung des inneren Bereichs anwächst in Übereinstimmung mit der Vorstellung, daß sie von innen heraus erwärmt werden. Die letztgenannten tendieren auch zu Staubdichten, die steiler als in den stillen Kernen ansteigen. Diese Untersuchung hat zudem eine Gruppe besonders kalter, im Infrarot dunklen Objekten identifiziert, die sich vermutlich noch immer verdichten, oder aber ihre Sternbildung aus irgendeinem Grund abgebrochen haben. Die neue Publikation und ihr Katalog sind nur der Anfang: jetzt, wo der Staub in all diesen Kernen gut bestimmt worden ist, können Astronomen etwa die Chemie mit der Staubtemperatur in Beziehung setzen und Untergruppen untersuchen, die verschiedene Massen bei der Ausbildung von Sternen repräsentieren könnten.

Literatur:
„Far-Infrared Dust Temperatures and Column Densities of the MALT90 Molecular Clump Sample“
Andrés E. Guzmán, Patricio Sanhueza, Yanett Contreras, Howard A. Smith, James M. Jackson, Sadia Hoq, and Jill M. Rathborne
The Astrophysical Journal, 815:130 (19pp), 2015 December 20