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STERNE
Ein Rezept für Sternentstehung
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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11. April 2014

Astronomen haben eine Art Rezept für die Entstehung von Sternen gefunden: So können sie vorhersagen, wie viele neue Sterne sich in einer Molekülwolke bilden werden. Damit überhaupt Sterne entstehen, muss die Wolke zudem eine gewisse Mindestdichte aufweisen: Erforderlich sind mehr als 5.000 Wasserstoffmoleküle pro Kubikzentimeter.

Molekülwolken

Eine der von Kainulainen und Kollegen untersuchten Molekülwolke: die Rho-Ophiuchi-Dunkelwolke vor dem Hintergrund der Milchstraße. Bild: J. Kainulainen, MPIA (Dichtekarten) / ESO / S. Guisard (Hintergrund) [Großansicht

Sternentstehung ist einer der grundlegenden Prozesse im Kosmos. Wie und unter welchen Bedingungen sich Sterne bilden, bestimmt Erscheinungsbild und Eigenschaften ganzer Galaxien. Sterne werden in riesigen Wolken aus interstellarem Gas und Staub geboren. Kollabiert eine Gasregion im Inneren dieser Wolken unter ihrer eigenen Schwerkraft, dann zieht sich das Gas darin so weit zusammen, bis Druck und Temperatur hoch genug sind, dass Kernfusion einsetzen kann: ein neuer Stern ist entstanden.

Wie schnell in einer Wolke neue Sterne entstehen und wie viel Gas dabei verbraucht wird, also wie groß die Sternentstehungsrate ist, lässt sich nicht einfach bestimmen. 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. Aber für weiter entfernte Wolken, in denen sich keine individuellen Sterne beobachten lassen, versagt die direkte Zählung. Die Sternentstehungsraten für solche Wolken sind weitgehend unbekannt.

Jetzt haben die drei Astronomen Jouni Kainulainen und Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie und Christoph Federrath von der Monash University in Australien eine alternative Möglichkeit gefunden, abzuschätzen, wie viele neue Sterne sich in einer Wolke bilden: eine Art "Sternentstehungs-Rezept", das die Verbindung zwischen direkten astronomischen Beobachtungen der Struktur riesiger Gaswolken und ihren Sternentstehungsraten herstellt.

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Dazu entwickelten die Astronomen eine Methode, mit der sich die räumliche Struktur individueller Gaswolken vereinfacht modellieren lässt. Die Daten, an denen sich das Modell orientiert, stammen aus Durchleuchtungs-Beobachtungen: Das Licht ferner Sterne, das durch die Wolke hindurchscheint, ehe es die Erde erreicht, wird durch den Staub in der Wolke etwas abgeschwächt. Die Rekonstruktion der Wolkenstruktur nutzt Abschwächungs-Messungen für Zehntausende von Sternen; ist die räumliche Struktur bekannt, dann lassen sich damit auch die Dichten der verschiedenen Regionen im Inneren der Wolke bestimmen.

Für näher gelegene Wolken verglichen Kainulainen und seine Kollegen ihre Rekonstruktion mit direkten Beobachtungen junger Sterne, die sich in den betreffenden Wolken erst vor kurzem gebildet hatten. Auffällig war dabei, dass sich erst bei Regionen ab einer bestimmten Dichte überhaupt neue Sterne bildeten. Den kritischen Dichtewert konnten die Astronomen zu rund 5.000 Wasserstoffmolekülen pro Kubikzentimeter abschätzen.

Offenbar kann das Gas in einer Region nur dann kollabieren, um einen Stern zu bilden, wenn die Dichte in dieser Region über dem kritischen Wert liegt. "Wir konnten erstmals aus Beobachtungen der Wolkenstruktur einen kritischen Dichtewert für die Sternentstehung bestimmen", erklärt Kainulainen. "In Theorien der Sternentstehung spielt solch eine kritische Dichte bereits seit langem eine wichtige Rolle. Aber erst mit unserer Methode, die räumliche Struktur von Molekülwolken zu rekonstruieren, können Astronomen die Dichtestruktur solcher Wolken ableiten - und dann Beobachtung und Theorie direkt vergleichen."

Die numerischen Simulationen, mit deren Hilfe die neue Methode getestet wurde, wurden von Christoph Federrath durchgeführt. "Mit diesen Ergebnissen und mithilfe der Werkzeuge, die wir zur Überprüfung der Sternentstehungs-Theorien entwickelt haben, können wir uns jetzt einer der großen offenen Fragen der Astrophysik zuwenden: Angenommen, wir haben es mit einer Wolke mit einer bestimmten Gesamtmasse zu tun. Wie viele Sterne werden in dieser Wolke entstehen, und welche Massen werden diese Sterne haben?", ergänzt Federrath.

"Es gibt viele Beobachtungen solcher Molekülwolken - und dank des neuen Teleskopverbunds ALMA wird es in Zukunft viele noch deutlich detailreichere solche Beobachtungsdaten geben", blickt Henning in die Zukunft. "Mit unserer Methode können wir sagen: Zeigt uns eure Daten, dann können wir euch sagen, wie viele Sterne in eurer Wolke entstehen."

ALMA ist ein Teleskopverbund aus 66 Radioantennen mit gegenseitigen Abständen von bis zu 16 Kilometern, die zusammengeschaltet wie ein einziges, extrem detailscharfes Teleskop genutzt werden können. ALMA befindet sich auf der chilenischen Atacama-Hochebene und kann Gas- und Staubwolken mit nie dagewesener Empfindlichkeit und Detailschärfe nachweisen.

"Wir haben den Astronomen ein neues, wirkungsvolles Werkzeug in die Hand gegeben. Sternentstehung ist einer der grundlegendsten Vorgänge in der Astronomie. Und unsere Ergebnisse erlauben es den Astronomen, Sternentstehungsraten für viele Gaswolken zu bestimmen, bei denen dies bislang nicht möglich war - sowohl in unserer Milchstraße als auch in anderen Galaxien", so Kainulainen.

Über ihre Arbeit berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Science.

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siehe auch
Barnard 68: Eine Sterngeburt wird angekündigt - 18. Juni 2009
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Astronomie
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