Rätselhafte UV-Strahlung in Sternentstehungsgebieten

Ein europäisch-amerikanisches Astronomie-Team hat das MIRI-Instrument an Bord des James Webb Space Telescope (JWST) eingesetzt. Das Ziel war der Nachweis von ultravioletter Strahlung (UV) in fünf jungen Sternen in der Ophiuchus-Region, um ihre Rolle bei der Entstehung von Sternen zu verstehen. Die entdeckte UV-Strahlung um diese Protosterne und deren wichtiger Einfluss auf das umgebende Material stellen eine Herausforderung für Modelle zur Sternentstehung dar.

„Wir wollten uns Protosterne genauer ansehen, also junge Sterne, die sich noch tief im Innern ihrer molekularen Mutterwolken bilden. Während Protosterne Masse akkretieren, schleudern sie einen Teil davon in Form von Materiestrahlen nach außen“, sagt Iason Skretas, Doktorand am MPIfR. Diese Jets sind das auffälligste Zeichen für die Entstehung von Sternen. Die Forschenden konnten zeigen, dass sie die Existenz von ultravioletter Strahlung berücksichtigen müssen, um die Chemie und Physik dieser molekularen Ausflüsse junger Sterne zu verstehen.

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„Das ist die erste Über­raschung. Junge Sterne sind nicht in der Lage, Strah­lung zu erzeu­gen, wir sollten also auch keine erwarten. Und doch konnten wir zeigen, dass UV-Strahlung in der Nähe von Proto­ster­nen auf­tritt. Woher kommt sie, was ist ihre Quelle: intern oder extern? Wir haben uns vorge­nom­men, das zu unter­suchen“, fügt Agata Karska hinzu, die am Zen­trum für moderne inter­diszipli­näre Techno­lo­gien an der Nikolaus-Kopernikus-Univer­sität in Torun und MPI für Radio­astro­nomie in Bonn forscht.

Das Team richtete das Mittel­infrarot-Instrument MIRI des JWST auf junge Sterne in Rich­tung des Stern­bilds Ophiu­chus. Die Ophiuchus-Molekül­wolke befindet sich 450 Licht­jahre von uns entfernt und ent­hält mehrere Sterne vom Typ B, die sehr jung und heiß sind und stark im UV-Bereich strah­len. Fünf Objekte, die sich in unter­schied­licher Ent­fer­nung zu diesen masse­reichen Sternen befinden, wurden für detail­lierte Beob­ach­tungen ausge­wählt.

MIRI ermöglicht es, astrono­mische Objekte im Wellen­längen­bereich von 2 bis 28 Mikro­metern zu beobach­ten, wodurch mehrere Linien von moleku­larem Wasser­stoff erfasst werden, die auf­grund der Erd­atmo­sphäre vom Boden aus nicht beob­achtet werden können. Das JWST ist für diese Art von Beobach­tungen unver­zicht­bar. Damit wird es möglich, diese Linien selbst von sehr schwachen Objekten mit hoher Auflösung zu beobach­ten.

Die Analyse der JWST-Beobachtungen in der Ophiuchus-Molekülwolke zeigt eindeutig das Vorhanden­sein von UV-Strahlung in der Umgebung von Proto­sternen und deren Ausflüssen., hervor­gerufen durch die Einwir­kung dieser Strahlung auf den moleku­laren Wasser­stoff. Das wirft die Frage auf, woher die UV-Strahlung kommt. Hängt sie mit Prozes­sen zusammen, die in unmit­tel­barer Nähe des Proto­sterns ablaufen? Zum Beispiel mit Stoßwellen, die beim Einfall von Materie auf den Proto­stern entstehen, oder mit Stoß­wellen, die entlang des proto­stel­laren Jets entstehen?

„Eine Möglichkeit ist, dass die UV-Strahlung von masse­reichen Sternen in der Nähe stammt, die die Geburts­orte der nächsten Gene­ration von Sternen beleuchten. Daher sind wir von dieser Hypothese ausge­gangen“, sagt Fried­rich Wyrowski, ebenfalls vom MPIfR.

Wie die Ergebnisse nahelegen, muss die Produktion von UV-Strahlung in den Modellen zur Beschreibung der Stern­entstehung berücksichtigt werden. Zukünftige Analysen der JWST-Beobach­tungen konzen­trieren sich nicht nur auf das Gas, sondern auch auf die Zusammen­setzung von Staub und Eis und bieten so alter­native Möglichkeiten, den Ursprung der UV-Strahlung um Proto­sterne einzu­grenzen. Die Erhöhung der Anzahl der beobach­teten Quellen, einschließlich Beobach­tungen, die den gesamten Umfang der Ausflüsse abdecken, wird ein entscheidender Schritt sein, um die Ent­stehungs­orte für die UV-Strah­lung weiter einzu­schränken. [MPIfR / dre]