Struktur und kritische Gasdichte kosmischer Wolken lässt sich nun berechnen Astronomen finden Rezept für Sternentstehung - scinexx | Das Wissensmagazin
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Struktur und kritische Gasdichte kosmischer Wolken lässt sich nun berechnen

Astronomen finden Rezept für Sternentstehung

Zwei der von Kainulainen und Kollegen untersuchten Molekülwolken: Der Pfeifennebel (links) und die Rho-Ophiuchi-Dunkelwolke (rechts) vor dem Hintergrund der Milchstraße. Zu sehen ist eine normale Aufnahme der Region im sichtbaren Licht; die Kästen zeigen Karten der beiden Gaswolken, in denen sichtbar gemacht ist, in welchem Ausmaß das Licht dahinterliegender Sterne durch die Wolke abgeschwächt wird. Diese Karten bildeten die Grundlage der räumlichen Struktur der Wolken, aus denen die Astronomen ihr "Sternentstehungs-Rezept" erschlossen haben. © Hintergrund: ESO/S. Guisard; Dichtekarten: J. Kainulainen, MPIA

Weißt Du, wieviel Sternlein entstehen? Diese Frage ist nun beantwortet: Astronomen können mit einer neuen Methode vorhersagen, wie viele neue Sterne sich in einer kosmischen Gaswolke bilden werden. In einer Studie im Magazin „Science“ beschreiben sie, wie sie die räumliche Struktur solcher Wolken rekonstruieren. Die dabei gefundene kritische Gasdichte vereint Beobachtungen und Theorien zur Geburt neuer Sterne.

Sternentstehung ist einer der grundlegenden Prozesse im Kosmos: Die Bedingungen, unter denen sich neue Sterne bilden, bestimmen das Erscheinungsbild ganzer Galaxien. Sterne werden in riesigen Wolken aus interstellarem Gas und Staub geboren. Ist eine Gasregion im Inneren dieser Wolken dicht genug, so kollabiert sie unter ihrer eigenen Schwerkraft. Das Gas darin, vor allem Wasserstoff, zieht sich dann soweit zusammen, dass unter enormem Druck und hoher Temperatur die Kernfusion zündet: Ein neuer Stern ist entstanden.

Zu weit entfernt zum Nachzählen

Wie viele neue Sterne in einer Wolke entstehen und wieviel Gas dabei verbraucht wird, , ist nicht einfach nachzuweisen. Zwar kann man für nahegelegene Wolken in nicht mehr als 1.500 Lichtjahren Entfernung vergleichsweise einfach nachzählen, wie viele junge Sterne sich in der Wolke befinden. In weiter entfernten Wolken lassen sich jedoch keine einzelnen Sterne mehr unterscheiden, hier versagt die direkte Zählung. Die Sternentstehungsraten für solche Wolken sind daher weitgehend unbekannt.

Jetzt haben Astronomen um Jouni Kainulainen vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) eine neue Möglichkeit gefunden, die Bildungsrate neuer Sterne in einer solchen Wolke abzuschätzen: SIe haben eine Art „Sternentstehungs-Rezept“ entwickelt, das einen Zusammenhang zwischen direkten astronomischen Beobachtungen riesiger Gaswolken und ihren Sternentstehungsraten herstellt.

Schwaches Licht zeigt dichte Wolken

Dazu entwickelten die Astronomen eine Methode, mit der sich die räumliche Struktur einzelner Gaswolken vereinfacht modellieren lässt. Sie verwendeten dafür sogenannte Durchleuchtungs-Beobachtungen: Das Licht ferner Sterne, das durch eine solche Wolke hindurchscheint, ehe es die Erde erreicht, wird durch den Staub in der Wolke etwas abgeschwächt. Je schwächer das Licht aus einer bestimmten Region ist, desto dichter ist dort die Wolke. Ein einzelner Stern liefert jedoch längst nicht genug Licht für die Rekonstruktion der Wolkenstruktur: für die ihre Messungen nutzen die Astronomen daher zehntausende von Sternen jenseits der Wolke.

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Computersimulation der Sternentstehung in einer turbulenten Gaswolke. Diese und ähnliche Simulationen benutzten Kainulainen und seine Kollegen, um ihre Methode zur Rekonstruktion der räumliche Struktur solcher Gaswolken zu testen. Orte, an denen gerade neue Sterne entstehen, sind in der Abbildung durch Kreise gekennzeichnet; eine hellere Farbe entspricht dabei massereicheren Sternen. © C. Federrath, Monash University

Um ihre Rekonstruktionen zu bestätigen, verglichen die Astronomen ihre Ergebnisse mit den direkten Beobachtungen junger Sterne in nahegelegenen Gaswolken. Ist die räumliche Struktur der Gaswolke bekannt, lassen sich damit auch die Dichten der verschiedenen Regionen im Inneren der Wolke bestimmen. Kainulainen erklärt: „Wir konnten erstmals aus Beobachtungen der Wolkenstruktur einen kritischen Dichtewert für die Sternentstehung bestimmen.“

Kritische Dichte für die Sternengeburt

Offenbar können in einer Gaswolke nur dann neue Sterne entstehen, wenn etwa 5.000 Wasserstoffmoleküle pro Kubikzentimeter vorliegen. Unter diesem kritischen Wert ist das Gas nicht dicht genug, um zu kollabieren. Eine solche kritische Dichte ist seit langem ein zentraler Bestandteil von Theorien zur Sternentstehung. „Aber erst mit unserer Methode, die räumliche Struktur von Molekülwolken zu rekonstruieren, können Astronomen die Dichtestruktur solcher Wolken ableiten“, so Kainulainen.

Es existieren bereits zahlreiche Beobachtungen und Daten von Gaswolken, und mit den immer besseren und größeren neuen Teleskopen werden es zukünftig noch viel mehr werden. Sowohl in unserer Milchstraße als auch in fernen Galaxien lässt sich mit der neuen Methode nun daraus die Sternentstehungsrate bestimmen. Damit können die Astronomen sogar eine Art Karte von Sternengeburten erstellen. Co-Autor Thomas Henning vom MPIA fasst zusammen: „Zeigt uns eure Daten, dann können wir euch sagen, wie viele Sterne in eurer Wolke entstehen.“

(Max-Planck-Institut für Astronomie, 11.04.2014 – AKR)

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