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MASSEREICHE STERNE
Hinweise aus Schlange und Ziegelstein
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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16. Januar 2015

Starke Magnetfelder bereiten offenbar den Weg für die Entstehung von Sternen mit wesentlich größerer Masse als unsere Sonne. Das ergab jetzt die Auswertung von Beobachtungen der polarisierten Staubstrahlung von zwei der massereichsten Dunkelwolken in unserer Milchstraße, denen Astronomen die Spitznamen "Schlange" und "Ziegelstein" gegeben haben.

Snake

Im oberen Bild ist die Dunkelwolke "Snake" (Schlange) als dunkle Silhouette gegen den Hintergrund einer diffusen Infrarotstrahlung der Milchstraße zu sehen. Das untere Bild zeigt eine Vergrößerung des dichtesten Teils dieser Wolke. Bild: T. Pillai & J. Kauffmann, auf der Grundlage von GLIMPSE & MIPSGAL Bildern vom Spitzer-Satelliten (NASA / JPL-Caltech / S. Carey [SSC/Caltech]) sowie SCUPOL-Daten vom JCMT (P. Redman / B. Matthews)[Großansicht]

Die massereichen Sterne im Universum, darunter verstehen Astronomen Sterne mit mehr als der achtfachen Masse unserer Sonne, sind durch ein wildes Leben und einen frühen Tod gekennzeichnet. Sie blasen starke Sternwinde ab und enden in gewaltigen Supernova-Explosionen. Sogar die Geburt dieser Sterne ist ein spektakulärer Prozess: Die massereichen Sterne entstehen aus sehr dichten und massereichen Kernen von Gas, die sich tief im Inneren von dunklen interstellaren Wolken aus Gas und Staub befinden.

Tatsächlich stellten die hohen Werte für die Masse solcher Gaskerne die Forscher schon eine ganze Weile vor ein Rätsel: Eigentlich sollten sie nämlich aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft sehr schnell kollabieren und sich damit selbst zerstören - lange vor der möglichen Entdeckung durch irdische Teleskope. Neue Beobachtungen könnten nun helfen, diesen scheinbaren Widerspruch aufzuklären.

"Zum ersten Mal werden wir Zeugen, wie Magnetfelder eine massereiche Staubwolke zusammenhalten und stabilisieren, während die Entstehung von massereichen Sternen in der Wolke initiiert wird", erklärt Thushara Pillai vom Bonner Max–Planck–Institut für Radioastronomie (MPIfR), die an der jetzt vorgestellten Untersuchung beteiligt war. "Die Wolke wäre ohne die Unterstützung des Magnetfelds bereits lange kollabiert. In diesem Fall könnten die Verdichtungen innerhalb der Wolke nie genug Masse anhäufen, um Sterne mit dem Vielfachen der Sonnenmasse zu bilden.“

Es wurde bereits seit längerem vermutet, dass Magnetfelder interstellare Wolken gegen einen Kollaps unterstützen können. Jedoch ist es sehr schwierig, dies direkt durch Beobachtungen zu belegen. Denn Magnetfelder sind schwer fassbar: es ist ausgesprochen schwierig, Rauschen im Empfänger und die schwachen Signale von Magnetfeldern zu unterscheiden. Jede Himmelsregion muss über eine Reihe von Nächten hinweg beobachtet werden, um schließlich ein signifikantes Signal zu erhalten.

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Für ihre neue Studie haben die Astronomen zwei besondere Bereiche am Himmel unter die Lupe genommen: Der "Brick" (Ziegelstein) ist eine Region mit ausgesprochen hoher Dichte und dadurch bis weit in mittelinfrarote Wellenlängen hinein ähnlich undurchsichtig wie der namensgebende Ziegelstein. Die Region ist nur einige Dutzend Lichtjahre entfernt von dem massereichen Schwarzen Loch im Zentrum unserer Milchstraße in etwa 26.000 Lichtjahren Entfernung.

Die zweite anvisierte Region trägt den Spitzname "Snake" (Schlange). Dieser leitet sich einfach von der Form dieser Dunkelwolke am Himmel ab. Sie ist etwa 12.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Das Astronomenteam verwendete für ihre Studie Archivdaten des James Clerk Maxwell Telescope und des Caltech Submillimeter Observatory auf dem Mauna Kea auf Hawaii.

Die Geometrie des Magnetfelds wird durch die Beobachtung von Staubpartikeln bestimmt, die sich anhand der Magnetfeldlinien ausrichten. Die Staubkörner geben polarisierte Radiostrahlung ab, die mit Radioteleskopen beobachtet werden kann. Die Feldlinien werden andauernd gestört von zufälligen Gasbewegungen im Inneren der Wolken.

"Man könnte dabei an den Anschlag einer Gitarrensaite denken", vergleicht Teammitglied Paul Goldsmith vom Jet Propulsion Laboratory im kalifornischen Pasadena. "Bei einem Saiteninstrument wie zum Beispiel einer Gitarre hält die Spannung der Saite das Ganze gerade. In unseren Wolken geschieht das entsprechend durch die Stärke des Magnetfeldes, das die Feldlinien geradebiegen möchte. Das Ausmaß der Gradlinigkeit der Feldlinien lässt es deshalb zu, die Feldstärke zu bestimmen."

Eine solche Messung wurde bereits im Jahr 1953 von den beiden berühmten Physikern Chandrasekhar und Fermi vorgeschlagen. Aber erst jetzt sind die Teleskope empfindlich genug geworden, um solche Messungen in Sternentstehungsgebieten der Milchstraße möglich zu machen. Die vorliegende Untersuchung würde, so die beteiligten Forscher, ein neues Kapitel von Forschungsprojekten eröffnen, die in den frühen 1980er Jahren am 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg des MPIfR begannen.

Bei den ersten Kartierungen von dichtem Gas im Zentralbereich der Milchstraße wurden bereits ungewöhnlich massereiche Wolken identifiziert, darunter der "Brick". Diese Entdeckung führte zu einer Reihe von Folgestudien. "Vor zwei Jahren konnten wir zum ersten Mal die innere Struktur des 'Bricks' analysieren", erläutert Jens Kauffmann vom MPIfR. "Wir waren sehr überrascht, dass es nur wenige Unterstrukturen darin gab. Irgendetwas schien das Gas am Zusammenklumpen zu hindern. Heute wissen wir, dass ein starkes Magnetfeld das bewirken könnte."

Das Forschungsteam hat bereits mit einem Projekt begonnen, in dem eine große Zahl weiterer massereicher Staubwolken dieser Art untersucht wird. Dafür werden sie in Zukunft das APEX-Teleskop des MPIfR in der chilenischen Atacamawüste benutzen. "APEX ist zur Zeit das einzige Teleskop weltweit, das die entsprechenden Empfänger zur Durchführung dieser Messungen hat", so Pillai. "Für mich ist es aufregend, gerade dieses Teleskop zur Untersuchung unseres kosmischen Vorgartens zu nutzen."

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen jetzt in einem Fachartikel, der online in der Zeitschrift Astrophysical Journal erschienen ist.

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siehe auch
APEX: Die Kinderstuben der massereichsten Sterne - 14. Mai 2014
Massereiche Sterne: Die Geburt ist bei allen Sterne gleich - 15. Juli 2010
Massereiche Sterne: Ähnlich entstanden wie unsere Sonne? - 15. Februar 2010
Sterne: Riesensterne brauchen Geburtshelfer - 28. Februar 2008
Sternentstehung: Wie große Sterne entstehen - 28. September 2006
VLT: Massereiche Sterne entstehen überall - 26. August 2002
NTT: Geburt massereicher Sterne im Omega-Nebel - 15. September 2000
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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