Sterne wie unsere Sonne beginnen ihr Leben als kalte, dichte Kerne aus Staub und Gas, die unter dem Einfluss der Gravitation kollabieren, bis die Kernfusion einsetzt. Diese Kerne enthalten hunderte bis tausende Sonnenmassen an Materie und weisen Gasdichten auf, die etwa tausendmal höher sind als in typischen interstellaren Regionen (der typische Wert liegt bei etwa einem Molekül pro Kubikzentimeter).
Wie der Kollaps in diesen Objekten abläuft, ist allerdings nicht gut verstanden – angefangen bei der Anzahl der Sterne, die sich bilden, bis hin zu den Faktoren, die ihre endgültigen Massen bestimmen, oder die detaillierte Zeitskala der Sterngeburt. Die Materie könnte beispielsweise einfach frei in das Zentrum des Kerns fallen, aber in den realistischsten Szenarien wird das Hineinfallen durch den Druck des warmen Gases, turbulente Bewegungen, Magnetfelder oder eine Kombination daraus verhindert.
Astronomen untersuchen diese Sachverhalte aktiv, indem sie junge Sterne bei ihrem Geburtsprozess beobachten. Der Staub in diesen Geburtskokons verhindert jedoch ihre Beobachtung in optischen Wellenlängen, was Beobachtungen in anderen Wellenlängen erfordert – insbesondere in den Infrarot-, Submillimeter- und Radiobereichen. In den frühen Stadien der Sternentstehung heizt ein junger Stern die umgebende Staubwolke auf Temperaturen zwischen zehn und 30 Kelvin auf, bevor die Sternwinde und die Strahlung die Materie wegblasen und den neu geborenen Stern freigeben.
Die Astronomen Andrés Guzmán und Howard Smith vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und ihre Kollegen haben eine Analyse von 3.246 sternbildenden Kernen abgeschlossen – das ist die umfangreichste Stichprobe, die bislang gemacht wurde.
Die kalten Kerne selbst wurden mit dem APEX-Sky-Survey in Submillimeterwellenlängen entdeckt und dann in 16 Spektrallinien im Submillimeterbereich beobachtet. Die Spektraldaten erlaubten den Astronomen, die Entfernung zu jedem Kern zu bestimmen und seine Zusammensetzung und die inneren Gasbewegungen zu untersuchen. Die neue Abhandlung kombiniert diese Ergebnisse mit Messungen im Ferninfrarotbereich, die im Rahmen von Himmelsdurchmusterungen mit dem Weltraumteleskop Herschel durchgeführt wurden. Mit den Herschel-Daten konnten die Wissenschaftler die Staubdichte, die Masse und die Temperatur jedes Kerns berechnen. Der umfangreiche Datensatz erlaubt hilfreiche statistische Vergleiche zwischen Kernen mit unterschiedlichen Parametern.
Die Quellen in der Stichprobe gehören vier Kategorien an: ruhige Kerne, die die kühlsten Temperaturen (16,8 Kelvin) und die geringste Infrarotemission besitzen; protostellare Kerne sind Quellen mit den jüngsten identifizierbaren stellaren Objekten; ionisierte Wasserstoffregionen sind Kerne, in denen die Sterne einen Teil des umgebenden Gases ionisiert haben, und „Photolyse“-Kerne, die wärmsten Kerne mit Staubtemperaturen um 28 Kelvin. Letztere sind etwas weiter entwickelt und heller als die ionisierten Wasserstoffregionen.
Obwohl sich die Gruppen in ihren Eigenschaften überlagern, versetzt die umfangreiche Stichprobe die Wissenschaftler in die Lage schlusszufolgern, dass die durchschnittliche Staubtemperatur in den ruhigen Kernen nach außen hin ansteigt. Die Temperaturen in den protostellaren Kernen und ionisierten Wasserstoffregionen steigen dagegen in Richtung der inneren Region an, was mit der Theorie übereinstimmt, dass sie bereits von innen aufgeheizt werden. Letztere tendieren auch dazu, Staubdichten aufzuweisen die steiler ansteigen als jene in ruhigen Kernen.
Diese Studie hat außerdem eine Population besonders kalter und infrarotdunkler Objekte identifiziert, die sich möglicherweise noch im Kontraktionsprozess befinden, oder aus irgendeinem anderen Grund ihre Sternentstehung abgebrochen haben. Die neue Abhandlung und ihr Katalog sind aber nur der Anfang: Jetzt, da der Staub in all diesen Kernen gut charakterisiert wurde, können Astronomen die Zusammensetzung mit der Staubtemperatur in Zusammenhang bringen und zum Beispiel Untergruppen erforschen, die unterschiedliche stellare Massen im Reifungsprozess darstellen könnten.
Abhandlung: „Far-Infrared Dust Temperatures and Column Densities of the MALT90 Molecular Clump Sample“ von Andrés E. Guzmán, Patricio Sanhueza, Yanett Contreras, Howard A. Smith, James M. Jackson, Sadia Hoq und Jill M. Rathborne, ApJ 815, 130, 2015.
Quelle: https://www.cfa.harvard.edu/news/su201603
(THK)
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