|
Wie junge Sterne ihre Umgebung verändern
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Duisburg-Essen
astronews.com
19. Oktober 2026
Wie verändern junge Sterne die Wolken, aus denen sie
entstanden sind? Ein internationales Forschungsteam hat jetzt ein
hochauflösendes 3D-Modell entwickelt, das neue Einblicke ermöglicht: Es zeigt,
wie Schatten in Sternentstehungsgebieten chemische Prozesse verändern. Das
beeinflusst auch die Infrarotstrahlung, die das James-Webb-Weltraumteleskop
beobachtet.
Oben zeigt ein 3D-Modell eines
Orion-Bar-Analogons die Dichte und chemische
Prozesse. Rote Konturen markieren die Bildung von
H₂, blaue die Rekombination von C⁺ zu C. Unten:
James-Webb-Daten der Orion Bar mit
Modellausschnitt.
Bild: Brandt A. L. Gaches /
ESA/Webb, NASA, CSA, PDRs4ALL ERS Team, Mahdi
Zamani (ESA/Webb) [Großansicht] |
Sterne entstehen in riesigen Wolken aus kaltem Gas und Staub. Beginnen junge,
massereiche Sterne zu leuchten, trifft ihre intensive ultraviolette Strahlung
auf das umgebende Material: Sie heizt das Gas auf, spaltet Moleküle und setzt in
den äußeren Schichten der Wolken zahlreiche chemische Reaktionen in Gang.
Fachleute sprechen hier von Photodissoziationsregionen oder photondominierten
Regionen. Das Licht aus diesen Zonen verrät der Astronomie viel darüber, wie
Sterne entstehen und wie Gas später erneut zur Grundlage für neue Sterne und
Planeten wird – in unserer eigenen Galaxie ebenso wie in weit entfernten
Galaxien.
"Die Orion Bar ist ein ideales natürliches Labor, um diese Prozesse zu
untersuchen", sagt Dr. Brandt Gaches von der Universität Duisburg-Essen. Die
markante Struktur im Orionnebel liegt rund 1350 Lichtjahre von der Erde
entfernt. "Wir blicken nahezu von der Seite auf sie, sodass sich ihre
unterschiedlichen chemischen Schichten besonders gut unterscheiden lassen.
Deshalb gilt sie als wichtiger Referenzfall, um Modelle photondominierter
Regionen zu überprüfen", erklärt Gaches, der eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe
zur Molekül-Astrophysik leitet.
Bisherige Modelle stellten die Orion Bar meist als Abfolge eindimensionaler
Schichten dar. Tatsächlich sind interstellare Wolken jedoch unregelmäßig: Dichte
Bereiche wechseln sich mit weniger dichtem Material ab. Das neue Modell bildet
diese komplexe dreidimensionale Struktur mit hoher räumlicher Auflösung nach. So
lässt sich unter anderem verfolgen, wie molekularer Wasserstoff – das häufigste
Molekül im Universum – auf die intensive Strahlung junger Sterne reagiert.
Zu berechnen, wie sich die Strahlung durch diese komplexe 3D-Struktur
ausbreitet, erfordert allerdings enorme Rechenleistung. "Wir haben einen neuen,
besonders effizienten Algorithmus entwickelt, um diesen rechnerischen Engpass zu
überwinden. Dadurch konnten wir die Orion Bar erstmals dreidimensional mit einer
bisher unerreichten räumlichen Auflösung modellieren", ergänzt Dr. Zhengping Zhu
vom Zhejiang Lab in China, der den dafür eingesetzten Raytracing-Algorithmus
entwickelt hat.
Die Simulationen zeigen, wo wichtige chemische Veränderungen stattfinden:
etwa dort, wo aus atomarem Wasserstoff molekularer Wasserstoff entsteht oder
ionisierter Kohlenstoff zu neutralem Kohlenstoff wird. Zugleich zeigen sie, wie
die ungleichmäßige Bögen und Filamente hervorbringen kann, wie sie auch das
James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) beobachtet. Besonders dichte Bereiche
blockieren einen Teil der einfallenden Strahlung. Dahinter entstehen Schatten
und geschützte Zonen, in denen andere chemische Bedingungen herrschen.
"Die dreidimensionale Struktur des Gases macht einen entscheidenden
Unterschied", sagt Gaches. "Sie erzeugt Schatten und schützt Teile der Wolke vor
der intensiven Strahlung. Das verändert die Chemie – und hinterlässt deutliche
Spuren in der Strahlung, die wir vom Infrarot- bis in den Radiowellenbereich
beobachten." Das Modell kann außerdem vorhersagen, wie eine solche Region für
das JWST aussehen müsste. Diese simulierten Bilder können die Forschenden direkt
mit den tatsächlichen Beobachtungen des Teleskops vergleichen. So lässt sich
genauer nachvollziehen, wie die räumliche Struktur von Sternentstehungsgebieten
ihre Chemie prägt – und was einfachere eindimensionale Modelle dabei übersehen.
Über die Fortschritte und Ergebnisse berichtete das Team um Gaches in einem
Fachartikel, der in der
Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen ist.
|
