Ausrichtung bipolarer Jets bestätigt Theorien zur Sternentstehung

Zum ers­ten Mal wur­de ein Phä­no­men, das Astro­no­men schon lan­ge direkt abbil­den woll­ten, von der Nahin­fra­rot­ka­me­ra (NIR­Cam) des James Webb-Welt­raum­te­le­skops von NASA/ESA/CSA ein­ge­fan­gen. Die Ent­de­ckung gelang im nörd­li­chen Bereich einer jun­gen, nahe­ge­le­ge­nen Stern­ent­ste­hungs­re­gi­on, die den Namen Ser­pens­ne­bel trägt.

Die Astro­no­men ent­deck­ten eine fas­zi­nie­ren­de Grup­pe pro­tostel­la­rer Aus­flüs­se, die ent­ste­hen, wenn Gas­strah­len, die von neu­ge­bo­re­nen Ster­nen aus­ge­sto­ßen wer­den, bei hoher Geschwin­dig­keit mit nahe­ge­le­ge­nem Gas und Staub kol­li­die­ren. Nor­ma­ler­wei­se wei­sen die­se Objek­te inner­halb einer Regi­on unter­schied­li­che Ori­en­tie­run­gen auf. Hier jedoch sind sie alle in die glei­che Rich­tung geneigt, und zwar im glei­chen Aus­maß, wie Schnee­re­gen, der wäh­rend eines Sturms niedergeht.

Die Ent­de­ckung die­ser aus­ge­rich­te­ten Objek­te, die nur durch Webbs her­vor­ra­gen­de räum­li­che Auf­lö­sung und Emp­find­lich­keit bei Wel­len­län­gen im nahen Infra­rot mög­lich war, lie­fert Infor­ma­tio­nen über die Grund­la­gen der Sternentstehung.

Wie also hängt die Aus­rich­tung die­ser stel­la­ren Jets mit der Rota­ti­on des Sterns zusam­men? Wenn eine inter­stel­la­re Gas­wol­ke in sich zusam­men­fällt und einen Stern bil­det, dreht sie sich immer schnel­ler. Das Gas kann sich nur wei­ter nach innen bewe­gen, wenn ein Teil der Dre­hung (Dreh­im­puls genannt) redu­ziert wird. Um den jun­gen Stern bil­det sich eine Schei­be aus Mate­rie, die das Mate­ri­al nach unten trans­por­tiert, wie ein Stru­del um einen Abfluss. Die wir­beln­den Magnet­fel­der in der inne­ren Schei­be schleu­dern einen Teil des Mate­ri­als in Zwil­lings­jets, die in ent­ge­gen­ge­setz­te Rich­tun­gen, senk­recht zur Mate­ri­al­schei­be, nach außen schießen.

Im Webb-Bild sind die­se Jets an hell­ro­ten, klum­pi­gen Strei­fen zu erken­nen. Dabei han­delt es sich um Stoß­wel­len, die ent­ste­hen, wenn der Jet auf das umge­ben­de Gas und den Staub trifft. Die rote Far­be weist hier auf das Vor­han­den­sein von mole­ku­la­rem Was­ser­stoff und Koh­len­mon­oxid hin. Webb kann die­se extrem jun­gen Ster­ne und ihre Aus­flüs­se abbil­den, die zuvor bei opti­schen Wel­len­län­gen ver­deckt waren.

Nach Ansicht der Astro­no­men gibt es eini­ge Kräf­te, die die Rich­tung der Aus­flüs­se wäh­rend die­ser Lebens­pha­se eines jun­gen Sterns mög­li­cher­wei­se ändern kön­nen. Eine Mög­lich­keit besteht dar­in, dass Dop­pel­ster­ne umein­an­der rotie­ren und ihre Aus­rich­tung zuein­an­der ver­än­dern, wodurch sich die Rich­tung der Aus­flüs­se im Lau­fe der Zeit ändert.

Sterne des Serpensnebel

Der Ser­pens­ne­bel ist nur ein bis zwei Mil­lio­nen Jah­re alt, was in kos­mi­schen Maß­stä­ben sehr jung ist. Er beher­bergt außer­dem einen beson­ders dich­ten Hau­fen neu ent­ste­hen­der Ster­ne (etwa 100.000 Jah­re alt) in der Mit­te die­ses Bil­des, von denen eini­ge irgend­wann die Mas­se unse­rer Son­ne errei­chen werden.

Ser­pens ist ein Refle­xi­ons­ne­bel, das heißt, es han­delt sich um eine Gas- und Staub­wol­ke, die kein eige­nes Licht erzeugt, son­dern das Licht von Ster­nen in der Nähe oder inner­halb des Nebels reflek­tiert. In der gesam­ten Regi­on auf die­sem Bild stel­len Fila­men­te und Sträh­nen in ver­schie­de­nen Farb­tö­nen das reflek­tier­te Ster­nen­licht von sich noch bil­den­den Pro­tos­ter­nen inner­halb der Wol­ke dar. In eini­gen Berei­chen befin­det sich Staub vor die­ser Refle­xi­on, der hier in einem oran­ge­far­be­nen, dif­fu­sen Farb­ton erscheint.

In die­ser Regi­on wur­den auch ande­re Zufalls­fun­de gemacht, dar­un­ter der so genann­te flat­tern­de „Fle­der­maus­schat­ten“ , der sei­nen Namen erhielt, als Auf­nah­men des Hub­ble-Welt­raum­te­le­skops aus dem Jahr 2020 zeig­ten, dass er flat­tert oder sich bewegt. Die­ses Merk­mal ist in der Mit­te des Webb-Bil­des zu erkennen.

Zukünftige Studien

Das atem­be­rau­ben­de Bild und die zufäl­li­ge Ent­de­ckung der aus­ge­rich­te­ten Objek­te sind eigent­lich nur der ers­te Schritt in die­sem wis­sen­schaft­li­chen Pro­gramm. Das Team wird nun Webbs NIR­Spec (Nahin­fra­rot-Spek­tro­graph) ein­set­zen, um die che­mi­sche Zusam­men­set­zung der Wol­ke zu untersuchen.

Astro­no­men möch­ten her­aus­fin­den, wie flüch­ti­ge Che­mi­ka­li­en die Ent­ste­hung von Ster­nen und Pla­ne­ten über­le­ben. Flüch­ti­ge Stof­fe sind Ver­bin­dun­gen, die bei rela­tiv nied­ri­gen Tem­pe­ra­tu­ren sub­li­mie­ren oder direkt von einem fes­ten in einen gas­för­mi­gen Zustand über­ge­hen – dar­un­ter Was­ser und Koh­len­mon­oxid. Ihre Ergeb­nis­se wer­den sie dann mit den Men­gen ver­glei­chen, die in pro­to­pla­ne­ta­ren Schei­ben von Ster­nen ähn­li­chen Typs gefun­den wurden.

Die­se Beob­ach­tun­gen wur­den im Rah­men des Webb Gene­ral Obser­ver-Pro­gramms 1611 (PI: K. Pon­top­pi­dan) durch­ge­führt. Die ers­ten Ergeb­nis­se des Teams wur­den im Astro­phy­si­cal Jour­nal veröffentlicht.

Hintergrundinformationen

Webb ist das größ­te und leis­tungs­stärks­te Tele­skop, das jemals in den Welt­raum gebracht wur­de. Im Rah­men einer inter­na­tio­na­len Koope­ra­ti­ons­ver­ein­ba­rung stell­te die ESA den Start­dienst des Tele­skops mit der Trä­ger­ra­ke­te Aria­ne 5 bereit. In Zusam­men­ar­beit mit Part­nern war die ESA für die Ent­wick­lung und Qua­li­fi­ka­ti­on der Aria­ne-5-Adap­tio­nen für die Webb-Mis­si­on und für die Beschaf­fung des Start­diens­tes durch Aria­nespace ver­ant­wort­lich. Die ESA stell­te außer­dem den Arbeits­spek­tro­gra­phen NIR­Spec und 50% des Mit­tel­in­fra­rot­in­stru­ments MIRI zur Ver­fü­gung, das von einem Kon­sor­ti­um natio­nal finan­zier­ter euro­päi­scher Insti­tu­te (dem MIRI Euro­pean Con­sor­ti­um) in Zusam­men­ar­beit mit JPL und der Uni­ver­si­ty of Ari­zo­na ent­wor­fen und gebaut wurde.

Webb ist eine inter­na­tio­na­le Part­ner­schaft zwi­schen NASA, ESA und der Cana­di­an Space Agen­cy (CSA).

Bild­nach­weis: NASA, ESA, CSA, STScI, K. Pon­top­pi­dan (Jet Pro­pul­si­on Labo­ra­to­ry der NASA), J. Green (Space Telescope Sci­ence Institute)

Links

• Wis­sen­schaft­li­ches Paper
• Ver­öf­fent­li­chung auf der STScI-Website
• Ver­öf­fent­li­chung auf der ESA-Website
• Ver­öf­fent­li­chung auf der NASA-Website

Link zur Pres­se­mit­tei­lung: ESA/Hubble/Webb weic2415