Astrophysiker klären 20 Jahre altes Rätsel um Sternen-Schwergewichte

10. März 2010, 17:34
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Heidelberger Forscher finden Erklärung für bislang schleierhafte Vorgänge in Gaswolken rund um massereiche Sonnen

Heidelberg - Sterne entstehen, wenn gewaltige Gaswolken, die vorwiegend aus Wasserstoff bestehen, kollabieren. Im Zentrum steigen Dichte und Temperatur unter dem Gravitationsdruck immer weiter an, bis schließlich die Verbrennung von Wasserstoff zu Helium einsetzen kann. Dabei zerstören sie die umgebenden Gaswolken.

Überraschenderweise gilt dies nicht unbedingt für die Schwergewichte unter den Sonnen: Massereiche Sterne leuchten ähnlich einer Lampe mit Wackelkontakt, wie Astrophysiker der Universität Heidelberg herausgefunden haben. Mit ihren Simulationsrechnungen haben die Wissenschafter wesentlich zum Verständnis der Strukturen von Gasgebieten um Sterne mit der zehn- bis hundertfachen Masse der Sonne beigetragen und konnten damit auch ein 20 Jahre altes Rätsel der astronomischen Forschung lösen.

Bei einem massereichen Stern setzt die Wasserstoffverbrennung bereits ein, während dieser noch weiteres Gas aus seiner unmittelbaren Umgebung aufsammelt. Die Strahlung des Sterns sollte dieses einfallende Gas eigentlich aufheizen und es "wegblasen", was das weitere Sternwachstum erheblich erschweren oder sogar vollkommen aufhalten würde. Diese Wechselwirkung des einströmenden Gases mit der Strahlung des Sterns wurde nun mit Hilfe von Computersimulationen am Institut für Theoretische Astrophysik des Zentrums für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) näher untersucht. 

Rätselhafte HII-Regionen

In ihren Modellen haben die Wissenschaftler um Thomas Peters erstmals die Auswirkung der ultravioletten Strahlung eines jungen Himmelskörpers berücksichtigt. Diese führt zur Entstehung von Gebieten ionisierten Wasserstoffgases um den massereichen Stern, sogenannter HII-Regionen, die mit Hilfe von Teleskopen direkt beobachtet werden können und den Astronomen seit zwei Jahrzehnten Rätsel aufgeben. Die vermessenen HII-Regionen sind zum Beispiel viel kleiner als erwartet. Welcher Mechanismus sie an ihrem Wachstum hindert, konnte bislang nicht schlüssig geklärt werden.

Die computerbasierten Simulationen von Thomas Peters liefern jetzt eine Erklärung. Sie zeigen, dass das interstellare Gas nicht gleichmäßig auf den Stern einfällt, sondern fadenförmige Verdichtun­gen bildet, die Filamente genannt werden. Sie können das hinter ihnen liegende Gas vor der ultravioletten Strahlung des Sterns sehr effizient abschirmen. Der Schattenwurf sorgt dafür, dass sich die HII-Region nicht symmetrisch um den Stern ausbreiten kann, sondern an den abgeschirmten Stellen schrumpft und da­bei quasi wie eine Lampe mit einem Wackelkontakt flackert.

Unterschiede im Aussehen

Die aktuellen Untersuchungen erklären zudem das unterschiedliche Aussehen von HII-Regionen. Die verschiedenen Formen der ioni­sierten Gasgebiete entstehen zufällig durch das Strömungsfeld des Gases und hängen erheblich von der Blickrichtung ab. So kann ein und dieselbe HII-Region aus einer Richtung wie ein Ring und von einer anderen Seite wie ein Komet aussehen.

Die Ergebnisse von Peters sind auch deshalb von besonderer Bedeu­tung, weil bislang anhand der gemessenen Ausdehnung einer HII-Region auf das Alter des Sterns geschlossen wurde. Wie die Simulationen zeigen, gibt es hier jedoch keinen direkten Zusam­menhang, so lange noch weiteres Gas einströmt und aufgesammelt wird. Das geschieht bei massereichen Sternen fast während ihres gesamten Lebens. Die Ergebnisse dieser Forschungen werden im "Astrophysical Journal" vorgestellt. (red)


Abstract
The Astrophysical Journal: H II Regions: Witnesses to Massive Star Formation

  • Die Grafik zeigt eine computerberechnete Wasserstoffwolke um einen massereichen Stern. Welche riesige Ausdehnung die Wolke hat, zeigt ein Größenvergleich mit dem Sonnensystem. Die kreisförmige Umlaufbahn des Planeten Neptun um die Sonne ist in dieser Darstellung so klein, dass sie punktförmig erscheint.
    grafik: zentrum für astronomie der universität heidelberg

    Die Grafik zeigt eine computerberechnete Wasserstoffwolke um einen massereichen Stern. Welche riesige Ausdehnung die Wolke hat, zeigt ein Größenvergleich mit dem Sonnensystem. Die kreisförmige Umlaufbahn des Planeten Neptun um die Sonne ist in dieser Darstellung so klein, dass sie punktförmig erscheint.

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