Interstellares Medium

Was zwischen den Sternen liegt

Der Raum zwischen den Sternen ist nicht leer, sondern gefüllt mit geladenen Teilchen, Atomen, Molekülen sowie Staubkörnern. Er wird beeinflusst durch Sternstrahlung, stellare Explosionen, Gravitationseffekte und Magnetfelder. Diese Mixtur nennt man das Interstellare Medium, kurz ISM. Seine Bedeutung für die Entwicklung der Galaxien ist enorm, denn im ISM entstehen die Sterne. Dort findet man die Staubkörner und organischen Moleküle aus denen später Planeten und Leben entstehen kann. Bis heute weiß man jedoch nur wenig über Struktur und Entwicklung des Interstellaren Mediums.
In NGC 6888 zeigt sich die Wechselwirkung eines vom Stern (helles Objekt in der Mitte des Nebelovals) abströmenden Windes mit dem umgebenden ISM sehr deutlich. Der Wind strömt mehrere Lichtjahre weit, bis er auf das ISM stösst (äusseres Oval); dort wird er plötzlich abgebremst und heizt das ISM auf. An der Grenzfläche kommt es zu vielfachen Instabilitäten (Verwirbelungen), die nach dem Abkühlen langgestreckte Filamente bilden. Diese sind besonders gut in der roten Spektrallinie des Wasserstoffs zu sehen. (Die Helligkeit der Filamente ist farbkodiert von schwarz (keine Strahlung) über grün und rot zu weiss.)

In NGC 6888 zeigt sich die Wechselwirkung eines vom Stern (helles Objekt in der Mitte des Nebelovals) abströmenden Windes mit dem umgebenden ISM sehr deutlich. Der Wind strömt mehrere Lichtjahre weit, bis er auf das ISM stösst (äusseres Oval); dort wird er plötzlich abgebremst und heizt das ISM auf. An der Grenzfläche kommt es zu vielfachen Instabilitäten (Verwirbelungen), die nach dem Abkühlen langgestreckte Filamente bilden. Diese sind besonders gut in der roten Spektrallinie des Wasserstoffs zu sehen. (Die Helligkeit der Filamente ist farbkodiert von schwarz (keine Strahlung) über grün und rot zu weiss.)

„Wir wollen erstmals ein konsistentes Modell des ISM entwickeln, in dem alle bekannten und teilweise hoch komplexen dynamischen und chemischen Prozesse berücksichtigt sind und das eine solide physikalische Basis für viele Bereiche der Astrophysik liefert, in denen das ISM eine Rolle spielt“, sagt der Koordinator Andreas Burkert, Professor für Astronomie und Astrophysik an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU).

In einer gemeinsamen Zusammenarbeit zwischen Forschern an deutschen Universitäten und Wissenschaftlern der Max-Planck-Institute soll ein tief greifendes und umfassendes physikalisches Verständnis des ISM und der damit verbundenen dynamischen Prozesse erarbeitet werden. Bekannt ist, dass die durchschnittliche Dichte des ISM 1 cm hoch -3 beträgt und damit so gering ist, dass sie auf der Erde nicht nachgebildet werden kann. Die ISM bietet somit ein faszinierendes Feld, um die Physik von stark verdünnten Gasen, chemischen Prozessen und Atom-, Molekül- und Festkörperphysik unter extremen Bedingungen zu studieren. Im Vergleich zu den Sternen enthält das interstellare Gas mit einem Teilchenanteil von einem Prozent nur wenig schwere Elemente. Das Gros, nämlich 90 Pozent, entfällt auf atomaren und molekularen Wasserstoff, neun Prozent sind Helium. Neben dem Gas spielt auch der interstellare Staub eine wichtige, noch nicht vollständig erforschte Rolle im Gefüge des ISM. Seine Zusammensetzung ist nicht zweifelsfrei geklärt. Nachgewiesen wurden bislang Silikate, Grafit und Eisen. Die Körner sind „nadelförmig“und richten sich im Magnetfeld der Galaxie aus. Das Licht der Sterne wird durch den interstellaren Staub teilweise absorbiert.

Die Physik des ISM spielt eine entscheidende Rolle in vielen Bereichen der Astronomie. Die Entstehung und Entwicklung von Galaxien zählt ebenso dazu wie die Bildung von Sternen, Fragen zur Häufigkeit der Struktur und dem Wachstum der Staubkörner, die die Grundbausteine der Planeten darstellen. Trotz dieser großen Bedeutung des ISM, ist seine Struktur und Entwicklung noch kaum verstanden. Neue Beobachtungen mit leistungsfähigen Teleskopen haben jedoch zu einem Paradigmenwechsel in unserem Verständnis des ISM geführt. Das bisher zur Anwendung kommende Gleichgewichtsmodell muss ersetzt werden durch ein hochdynamisches Modell von stark gekoppelten, interaktiven und turbulenten Mischgas-Phasen, die weit vom Gleichgewicht entfernt sind und die ständig durch energetische Prozesse durchmischt und bewegt werden, die wir noch kaum verstehen. Diesen Paradigmenwechsel wollen die Forscher mit den Mitteln des DFG-Schwerpunktprogramms analysieren und erforschen.

Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München
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