Spitzer Weltraumteleskop entdeckt Kernschein

Kernschein durchleuchtet Sterngeburt

Die Geburt der Sterne liegt buchstäblich im Dunkeln: Tief im Innern von Gas- und Staubwolken, aus denen keine sichtbare Strahlung nach außen dringt, beginnt Materie unter der eigenen Schwerkraft zu kollabieren. Jetzt haben Forscher, unter anderem aus dem Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, in vielen solchen Wolken entdeckt, dass Infrarotlicht an größeren Staubteilchen gestreut wird. Das dadurch erzeugte und von den Astronomen "Kernschein" getaufte Phänomen liefert Informationen über die frühesten Phasen der Sternentstehung.
Die Molekülwolke CB 244 im Sternbild Cepheus, rund 650 Lichtjahre von der Erde entfernt. Die Strahlung der Milchstraße wird von den Molekülwolken unterschiedlich gestreut: optisches Licht vor allem von kleinen Staubteilchen in den Außenbereichen, Licht aus dem mittleren Infrarot an den größeren Staubteilchen im Wolkeninnern. Letzteres ist der in dem Falschfarbenbild (rechts) dargestellte, neu entdeckte Kernschein.

Die Molekülwolke CB 244 im Sternbild Cepheus, rund 650 Lichtjahre von der Erde entfernt. Die Strahlung der Milchstraße wird von den Molekülwolken unterschiedlich gestreut: optisches Licht vor allem von kleinen Staubteilchen in den Außenbereichen, Licht aus dem mittleren Infrarot an den größeren Staubteilchen im Wolkeninnern. Letzteres ist der in dem Falschfarbenbild (rechts) dargestellte, neu entdeckte Kernschein.

Sterne entstehen, wenn besonders dichte Gebiete kosmischer Gas- und Staubwolken unter der eigenen Schwerkraft zusammenstürzen und sich dabei soweit verdichten und aufheizen, dass Kernfusionsreaktionen einsetzen. Auch unsere Sonne wurde auf diese Weise geboren, und die Kernfusion sorgt für das stete Leuchten unseres Heimatsterns, von dem alles Leben auf der Erde abhängt. Die in der kollabierenden Wolke enthaltenen Staubteilchen wiederum sind das Rohmaterial für die Geburt erdähnlicher Planeten um die neu entstandenen Sterne.

Die Staubteilchen besitzen einen Eismantel, der es ihnen erlaubt, aneinander festzukleben. Wie und in welchem Entwicklungsstadium das geschieht, ist ein wichtiges Puzzlesteinchen für Modelle der Planetenentstehung. Die in dem Gas eingebetteten Staubteilchen haben typischerweise Größen von etwa 0,1 Mikrometern. Sie absorbieren kurzwellige Strahlung und senden langwellige als Wärme aus.

Was in den Frühstadien eines Wolkenkollapses im Detail passiert, wissen die Astronomen nicht. Jetzt hat ein internationales Team unter der Leitung von Laurent Pagani (LERMA, Observatoire de Paris) und Jürgen Steinacker (Max-Planck-Institut für Astronomie) ein neuartiges Phänomen entdeckt, das viele Informationen über diese früheste Phase der Stern- und Planetenentstehung verspricht: den Kernschein (englisch: coreshine ) der Wolken.

Aufwendige Simulationen der Wechselwirkung von Strahlung und Materie hatten gezeigt, dass es sich beim Kernschein um gestreutes Licht handeln muss - um die unsere Milchstraße durchflutende sogenannte Mittelinfrarotstrahlung, die von Material im Wolkeninnern absorbiert und in alle Richtungen wieder ausgesendet wird. Allerdings können die in den Wolken vermuteten Staubteilchen mit Abmessungen um 0,1 Mikrometer keine Mittelinfrarotstrahlung streuen. Erst als die Forscher Simulationen rund zehnmal größerer Teilchen vorgenommen hatten, konnten sie die Beobachtungsdaten erklären.

Das neu entdeckte astronomische Phänomen - die Streuung von Mittelinfrarotstrahlung durch größere Staubteilchen im Kern von Molekülwolken - erlaubt es den Forschern nun, Rückschlüsse auf Größe und Dichte der Staubteilchen, das Alter der Wolken, die räumliche Verteilung des Gases sowie auf chemische Prozesse im Wolkeninnern zu ziehen.

Die Entdeckung beruht auf Beobachtungen mit dem NASA-Weltraumteleskop Spitzer. Das Fernrohr durchmustert das Weltall mit Infrarotaugen. Für dieses langwellige Licht sind die Wolken durchsichtig - Spitzer sieht gleichsam in sie hinein. Im Februar hatten Steinacker und Pagani mit Kollegen aus Grenoble und Pasadena bei Untersuchungen der Molekülwolke L 183 im Sternbild Serpens Caput ("Kopf der Schlange"), rund 360 Lichtjahre von uns entfernt, unerwartete Infrarotstrahlung nachgewiesen, die aus den dichtesten Regionen der Wolke zu stammen schien.

Die Science-Veröffentlichung beschreibt jetzt Nachfolgeuntersuchungen an insgesamt 110 solcher Quellen, die mit Spitzer beobachtet worden waren und zwischen 300 und 1300 Lichtjahre von der Erde entfernt liegen. Die Untersuchungen belegen, dass es sich beim Kernschein um ein weitverbreitetes astronomisches Phänomen handelt: Er ließ sich in rund der Hälfte der untersuchten Wolken nachweisen und ist auch dort mit den dichtesten Wolkenregionen verknüpft.

Die Entdeckung des Kernscheins motiviert viele neue Projekte - sowohl für das Weltraumteleskop Spitzer als auch für das James Webb-Weltraumteleskop, das im Jahr 2014 gestartet werden soll. Schon jetzt lieferten diese Beobachtungen neue Einblicke in das Innere der Geburtsstätten von Sternen: Das unerwartete Vorhandensein von größeren Staubteilchen zeigt, dass diese Partikel bereits in der Vorphase des Wolkenkollapses verklumpen und dadurch wachsen. Interessant ist auch das Beispiel einer Region im südlichen Sternbild Vela ("Segel des Schiffs"), in deren verschiedenen Wolken sich kein Kernschein nachweisen ließ. Jürgen Steinacker und seine Kollegen vermuten, dass Sternexplosionen (Supernovae), von denen man weiß, dass sie in diesem Gebiet stattgefunden haben, die größeren Staubteilchen zerstört haben könnten.

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft
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