22.01.2020

Sternenbaby mit Hitzewallung

Maserstrahlung deutet auf Akkretionsschub in massereichem Protostern.

Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) hat in der Umgebung eines masse­reichen Protosterns eine sich ausbreitende Hitzewelle nachgewiesen. Sie bestätigt das Szenario, dass solche Objekte in Schüben wachsen. Sichtbar wurde diese Welle durch die Beobachtung von natürlich erzeugten Mikrowellen-Lasern, deren räumliche Anordnung sich unerwartet schnell veränderte. 
 

Abb.: Illustration des Mechanismus, wie die sich ausbreitende Hitzewelle auf...
Abb.: Illustration des Mechanismus, wie die sich ausbreitende Hitzewelle auf ihrem Weg Maser­aktivität in dem Material um den Protostern anregt. (Bild: R. A. Burns / MPIA)

Auch wenn die Grundzüge der Entstehung von Sternen inzwischen gut verstanden sind, ist die Existenz von massereichen Sternen in manchen Details noch rätselhaft. Durch den enormen Schweredruck im Innern eines massereichen Protosterns startet die Kernfusion, während dessen er noch wächst. Das weitere Wachstum wird durch den Strahlungsdruck des jungen Sterns erschwert. Um diesen Widerstand zu überwinden, könnte die Akkretion von Material aus einer zirkumstellaren Scheibe phasenweise in einzelnen großen Paketen geschehen. Während dieses Vorgangs nimmt seine Helligkeit kurzzeitig stark zu. Allerdings sind solche Schwankungen schwer zu beobachten, da Protosterne tief in dichte Wolken eingebettet sind.

Ein internationaler Zusammenschluss von Astronomen zur Maser Monitoring Organisation (M2O), an dem das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) beteiligt ist, hat nun durch Beobachtungen mit mehreren Radio­teleskopen eine Hitzewelle nachgewiesen, die sich in der Umgebung des massereichen Protosterns G358-MM1 ausbreitet. Nachfolge­beobachtungen konnten bestätigen, dass sie durch eine zeitlich begrenzte Zunahme der Akkretions­tätigkeit hervorgerufen wurde.

Verraten hat sich die Hitzewelle durch die Aktivität von Masern. Maser sind das Pendant zu Lasern, die jedoch statt sichtbarem Licht Mikrowellenstrahlung – oder Radiostrahlung – abgeben. Sie kommen in massereichen Stern­entstehungs­gebieten als natürliche, sehr helle und kompakte Strahlungsquellen vor. Sowohl die vergleichs­weise hohen Temperaturen und Dichten als auch der Reichtum an komplexer Chemie in solchen Umgebungen begünstigen ihre Entstehung. Im vorliegenden Fall ist es das Methanol (Methylalkohol), das von der intensiven Strahlung des Protosterns angeregt wird und Maser­strahlung erzeugt.

Die Wissenschaftler, die im Abstand von einigen Wochen Radio-Interfero­metrie-Daten mit hoher räumlicher Auflösung von 0,005 Bogensekunden aufnahmen, entdeckten, dass sich die Maser auszubreiten schienen. Die ermittelte Geschwindigkeit mit bis zu acht Prozent der Licht­geschwindigkeit war aber zu hoch, als dass sie mit der Bewegung von Gas vereinbar wäre. Stattdessen schließen die Astronomen auf eine Welle, die das umgebende Medium durchläuft und auf ihrem Weg Maser­aktivität auslöst. Ihren Ursprung hat diese Hitzewelle in der Akkretion von Gas auf den Protostern.

„Die M2O-Beobachtungen gehören zu den ersten, die die unmittelbaren Auswirkungen eines Akkretions­schubs in einem massereichen Protostern so detailliert bezeugen, dass sie die episodische Akkretions­theorie der massereichen Stern­entstehung unterstützen“, erläutert Ross Burns vom National Astronomical Observatory of Japan, der die Arbeitsgruppe leitet.

Hendrik Linz vom MPIA ergänzt: „Die eigentliche Hitzewelle direkt im thermischen Infrarot zu beobachten, wäre sehr kompliziert. Die Maser als starke Strahlungs­quellen in einem leicht zugänglichen Wellen­längenbereich sind ein sehr gutes Beobachtungs­werkzeug, um auf kleinen räumlichen Skalen, und somit auf kurzen Zeitskalen nach einem Ausbruch, den Durchgang so einer Hitzewelle indirekt nachzuvollziehen.“

Die Partner des M2O-Projekts werden auch in Zukunft die Maser in vielen Stern­entstehungs­gebieten überwachen, um so mehr über das Wachstum von massereichen Protosternen zu erfahren.

MPIA / DE
 

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