Die Sternentstehung in Molekülwolken findet normalerweise in einem zweistufigen Prozess statt: Überschallschnelle Ströme komprimieren zunächst die Wolken zu dichten Filamenten von mehreren Lichtjahren Länge. Danach lässt die Gravitation die dichteste Materie in den Filamenten zu Kernen kollabieren. Massereiche Kerne – jeder mit mehr als 20 Sonnenmassen – bilden sich bevorzugt in den Regionen, wo sich mehrere Filamente überschneiden, was Orte mit verstärkter Sternentstehung hervorbringt.
Man geht davon aus, dass der Prozess effizient ist, obwohl die beobachtete Sternentstehungsrate in dichtem Gas nur ein paar Prozent der erwarteten Rate von wirklich frei kollabierender Materie beträgt. Um das Problem zu lösen, haben Astronomen vermutet, dass Turbulenzen und/oder magnetische Felder die Kerne vor dem Gravitationskollaps schützen.
Magnetfelder sind schwer zu messen. Ein gängiger Ansatz besteht darin, das polarisierte Licht zu messen, weil Magnetfelder längliche Staubkörnchen innerhalb des interstellaren Mediums ausrichten können, die dann Licht mit einer bevorzugten Polarisationsrichtung streuen und damit die Schätzung der Feldstärken ermöglichen.
Die Astronomen Junhao Liu und Qizhou Zhang vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) leiteten ein Team, das das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) nutzte, um die polarisierten Emissionen in drei massereichen Kernen in einer Dunkelwolke zu messen. Die räumliche Auflösung betrug dabei 0,7 Lichtjahre – klein genug, um die räumlichen Strukturen der Kerne zu untersuchen.
Die Region in unserer Galaxie liegt etwa 15.000 Lichtjahre entfernt und umfasst mehr als zehn potenzielle, sternbildende Kerne mit Massen zwischen 100 und 1.000 Sonnenmassen. Drei von ihnen zeigen Anzeichen für stattfindende Sternentstehungsprozesse. Die Wissenschaftler beobachteten diese drei Kerne in ihren Submillimeter-Emissionen und den molekularen Emissionen ihres Kohlenstoffmonoxidgases und verschiedener anderer Gase.
Jeder der drei Kerne besitzt eine geringfügig andere Masse, Temperatur, Gasbewegungen und Substruktur, zum Teil vermutlich deshalb, weil sie sich in verschiedenen Stadien ihrer Sternentstehungsaktivität befinden. Die Astronomen fanden Magnetfelder in allen drei Kernen, aber die Stärke variierte auch geringfügig zwischen 1,6 und 0,32 Milligauß. Zum Vergleich: Die Stärke des Magnetfeldes an der Erdoberfläche beträgt im Durchschnitt etwa 500 Milligauß.
Ihre Analyse zeigt, dass Turbulenzen in den Gasbewegungen die Effekte der Magnetfelder überwiegen (oder mit ihnen vergleichbar sind), und dass die magnetische Kraft allein den Gravitationskollaps nicht aufhalten kann. Die Magnetfelder könnten jedoch auf andere Weise eine Schlüsselrolle spielen: Von den jungen Sternen in diesen Kernen gehen zwölf Ausströmungen aus, und die Hälfte davon ist grob an den Magnetfeldrichtungen orientiert. Weil Ausströmungen mit den Scheibenstrukturen um junge Sterne in Zusammenhang stehen, spricht dies dafür, dass die Magnetfelder eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der Scheiben in den frühen Phasen der Sternentstehung spielen.
Abhandlung: “Magnetic Fields in the Early Stages of Massive Star Formation as Revealed by ALMA” von Junhao Liu, Qizhou Zhang, Keping Qiu, Hauyu Baobab Liu, Thushara Pillai, Josep Miquel Girart, Zhi-Yun Li und Ke Wang, The Astrophysical Journal 895, 142, 2020.
(THK)
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