Sternembryos im Staubkokon

Astronomen finden die jüngsten bekannten Protosonnen

20. März 2013

Forscher um Amelia Stutz vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg haben die jüngsten bekannten Protosterne aufgespürt: stellare Embryos, tief eingebettet in dichte Staubhüllen. Die Entdeckung verspricht neue Einblicke in die frühesten Stadien der Sternentwicklung und damit Aufschluss über die Geburt unseres Heimatsterns, der Sonne. Die Astronomen nutzten das Weltraumteleskop Herschel und die Submillimeterantenne APEX.

 

Drei der PACS Bright Red Sources (PBRS), die das Weltraumteleskop Herschel gefunden hat. Dabei dürfte es sich um einige der jüngsten bekannten Protosterne überhaupt handeln. Das Feld ganz links zeigt ein vom Weltraumteleskop Spitzer (bei 24 Mikrometer) aufgenommenes Bild, auf dem die beiden oberen Objekte vollständig unsichtbar sind, während das untere sich nicht eindeutig als Protostern identifizieren lässt. Die beiden rechten Felder zeigen Bilder des Weltraumteleskops Herschel (bei 70 Mikrometer) und des Submillimeterteleskops APEX (350 Mikrometer); anhand dieser Aufnahmen bewiesen die Astronomen, dass es sich in der Tat um einige der jüngsten bekannten Protosterne handelt.

Sterne werden im Verborgenen geboren – hinter Staubschichten, tief im Innern der Molekülwolken, aus deren Kollaps sie entstehen. Je jünger ein zukünftiger Stern (Protostern) ist, desto schwieriger lässt er sich beobachten. In den vergangenen Jahren haben sich die Astronomen mithilfe hoch entwickelter Infrarot-Techniken einen regelrechten Wettlauf geliefert, Protosterne in immer früheren Entwicklungsstadien zu finden. Jetzt hat eine Gruppe mit dem Weltraumteleskop Herschel und dem Submillimeter-Teleskop APEX einen neuen Rekord erzielt.

„Die Entdeckung war ein echter Glücksfall, sagt Tom Megeath von der University of Toledo, Ohio. Er habe Bilder studiert, die mit den Weltraumteleskopen Spitzer und Herschel aufgenommen wurden und einen kürzlich entdeckten, interessanten Protostern in Orion zeigten, dessen Leuchtkraft sich mit der Zeit änderte. „Auf dem ersten Herschelbild, das ich mir ansah, war dieser Protostern deutlich zu sehen – aber direkt daneben fand sich überraschenderweise noch ein weiteres Objekt, das auf den Bildern des Spitzerteleskops fehlte.“

Dass das Objekt auf den Spitzerbildern nicht zu erkennen war, liegt an den kürzeren Wellenlängen, bei denen das Observatorium im Vergleich zu Herschel beobachtet. Die Tatsache, dass ein Himmelskörper bei längeren Wellenlängen hell leuchtet, bei kürzeren dagegen unsichtbar ist, gibt Physikern Hinweise auf seine Temperatur. Menschen etwa emittieren durch ihre Körpertemperatur von etwa 37 Grad Celsius infrarotes, aber kein sichtbares Licht.

Die Unsichtbarkeit auf den Spitzerbildern legte demnach nahe, dass es sich bei dem Objekt um einen außergewöhnlich kalten Protostern handeln könnte. Die Forscher waren auf einer heißen Spur: Bei so geringen Temperaturen musste es ein Protostern in einem viel früheren, zuvor noch nicht beobachteten Entwicklungsstadium sein.

Nach dieser ersten vielversprechenden Entdeckung durchkämmte Amelia Stutz, Wissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, sorgfältig die Orion-Daten, um zu sehen, ob sich weitere solcher Objekte aufspüren ließen. Am Ende kam sie auf insgesamt 55 solcher anscheinend sehr kalten Himmelskörper.

Aber die Wissenschaftler mussten etwas bedenken: Sehr weit entfernte kosmische Objekte erscheinen rotverschoben – die kosmische Expansion streckt die Wellenlängen des Lichts und verschiebt sie in den roten Spektralbereich. Das kann dazu führen, dass eine sehr weit entfernte gewöhnliche Galaxie so ähnlich aussieht wie ein sehr kalter, aber ungleich näherer Protostern.

„Wir mussten die Spreu vom Weizen trennen und die echten Protosterne ausfindig machen. Und wir wussten, dass dies nur mit mehr Daten möglich war. Aus diesem Grund griffen wir auf APEX zurück – ein Teleskop, das sogar noch langwelligeres Licht empfängt als Herschel“, sagt Stutz. Die APEX-Anlage in der chilenischen Atacama-Wüste wurde kürzlich offiziell in Betrieb genommen und soll bis zum Jahresende 66 Antennen für den Millimeter- und Submillimeterbereich umfassen.

Mit den kombinierten Daten und durch sorgfältigen Vergleich ihrer Beobachtungen mit physikalischen Modellen von Protosternen und ähnlichen Objekten reduzierten Stutz und ihre Kollegen die Liste auf 15 zuverlässig identifizierte neue Protosterne. Die rötesten Quellen tauften die Forscher nach dem Herschelinstrument PACS, mit dem diese Entdeckungen gelungen waren: PACS Bright Red Sources (kurz PBRS). Diese Quellen hatte das Spitzerteleskop wegen ihrer geringen Temperatur nicht als Protosterne identifiziert – einige von ihnen sind auf den Bildern einfach unsichtbar.

Den Analysen des Teams um Amelia Stutz zufolge handelt es sich dabei um die jüngsten Protosterne, die bisher beobachtet wurden: staubige Gashüllen mit Massen zwischen 0,2 und zwei Sonnenmassen, die ein tief im Innern eingebetteter Protostern auf etwa 20 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt (20 Kelvin) aufheizt.

„In den frühesten Stadien sammelt der Protostern den Großteil seiner Masse an. Aber diese Entwicklungsphasen sind gleichzeitig am schwierigsten zu beobachten“, sagt Stutz. Bisher gab es keinen direkten Weg, die Aussagen des Modells über die frühesten Stadien mit Beobachtungen zu vergleichen. Diese Lücke haben die Astronomen jetzt geschlossen.

Die Gruppe um Stutz hat bereits die nächsten Schritte eingeleitet. Das sind zum einen Nachfolgebeobachtungen mit Herschel an acht der PBRS, um nach Spuren von Gasausflüssen zu suchen, die für diese frühen Prototypen vorhergesagt wurden. Zum anderen wollen die Forscher mit dem Green-Bank-Radioteleskop Licht bei Wellenlängen empfangen, die für dichtere Ansammlungen von Gasmolekülen charakteristisch sind. Zusätzlich hoffen die Astronomen auf Beobachtungszeit mit dem neuen Antennenwald ALMA.

HOR / MP

 

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