Herschel enthüllt die Geheimnisse der Sternengeburt
Die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse des ESA Infrarot-Weltraumteleskops Herschel enthüllen bislang verborgene Details der Sternentstehung. Neue Bilder zeigen Tausende, weit entfernte Galaxien, in denen ungestüm Sternengeburten stattfinden, und prachtvolle sternbildende Staubwolken, die sich über die gesamte Milchstraße hinziehen. Auf einer Aufnahme ist sogar ein „unmöglicher“ Stern während seiner Entstehung zu sehen.
Die heute auf einer wissenschaftlichen Fachtagung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) präsentierten Ergebnisse stellen frühere Annahmen über Sternengeburten in Frage und ebnen der Forschung neue Wege.
Durch Herschels Beobachtungen der sternbildenden Wolke RCW 120 konnte ein Stern im Embryonalstadium entdeckt werden, der sich in mehreren Hunderttausend Jahren zu einem der größten und hellsten Sterne unserer Galaxie entwickeln dürfte. Er besitzt bereits jetzt die acht- bis zehnfache Masse der Sonne und ist noch von einer 2000 Sonnenmassen starken Gas- und Staubwolke umgeben, von der er weiter Materie aufnehmen kann.
Ein "unmöglicher" Stern
„Dieser Stern kann nur größer werden“, meint Dr. Annie Zavagno vom Labor für Astrophysik in Marseille. Massive Sterne sind selten und kurzlebig. Einen solchen während seiner Entstehung einzufangen, bedeutet die einmalige Chance, ein seit langem bestehendes Paradoxon in der Astronomie zu klären. „Nach unserem derzeitigen Kenntnisstand ist es eigentlich nicht möglich, dass sich ein Stern bildet, der größer ist als acht Sonnenmassen“, so Dr. Zavagno.
Der Grund dafür ist, dass die gewaltigen Lichtstrahlen, die von solch riesigen Sternen ausgesandt werden, ihre Ursprungswolke sprengen müssten, noch bevor sich mehr Masse anhäufen kann. Aber sie bilden sich trotzdem irgendwie. Viele dieser „unmöglichen“ Sterne sind bereits bekannt, einige davon machen bis zu 150 Sonnenmassen aus. Jetzt hat Herschel einen Stern am Anfang seiner Existenz beobachtet und Astronomen können mit Hilfe der gewonnenen Daten untersuchen, inwiefern er ihren Theorien widerspricht.
Herschel arbeitet im Infrarotbereich und ist das größte jemals in den Weltraum gestartete astronomische Teleskop. Der Durchmesser seines Hauptspiegels misst viermal mehr als der jedes vorangegangenen Infrarot-Weltraumteleskops und eineinhalbmal mehr als der von Hubble. Zu Beginn einer Sternengeburt werden die umgebenden Staub- und Gaswolken bis auf ein paar Dutzend Grad über dem absoluten Nullpunkt aufgeheizt und fangen an, Strahlung im fernen Infrarot-Wellenlängenbereich auszusenden. Die Erdatmosphäre blockt den Großteil dieser Wellenlängen vollkommen ab, weshalb Beobachtungen vom Weltraum aus notwendig sind.
Mit seiner bisher unerreichten Auflösung und Empfindlichkeit erfasst Herschel die sternbildenden Regionen unserer Galaxie. „Vor Herschel war nicht geklärt, wie sich die Materie in der Milchstraße in hinreichend hoher Dichte und zu den erforderlichen niedrigen Temperaturen zusammenballte, um Sterne zu bilden,“ erklärt Sergio Molinari vom Institut für Weltraumphysik in Rom. Ein neues, heute veröffentlichtes Bild von Herschel, das eine Reihe stellarer Kinderstuben in der Milchstraße zeigt, klärt uns darüber auf. Sternembryos erscheinen zunächst im Inneren der Filamente aus glühendem Staub und Gas, die die gesamte Galaxie durchziehen. Diese Fäden bilden Ketten von Kinderstuben, die Dutzende Lichtjahre lang sind und die Galaxie in ein Netz von Sternbrutstätten hüllen.
Schnellere Sternentstehung
Herschel hat auch den Weltraum jenseits unserer Galaxie unter die Lupe genommen und das Infrarotlicht tausender anderer Galaxien gemessen, die Milliarden von Lichtjahren entfernt im Universum verteilt sind. Jede Galaxie erscheint so klein wie ein Staubkorn aber durch ihre Helligkeit können Astronomen ihre Sterngeburtenrate bestimmen. In der Regel gilt: je heller die Galaxie desto mehr Sterne bringt sie hervor.
Auch in diesem Fall wurden der bisherige Kenntnissstand in Frage gestellt, denn Herschel erbrachten den Nachweis, dass sich die Galaxien entlang der kosmischen Zeitskala viel schneller als ursprünglich angenommen entwickelt haben, in Frage gestellt. Astronomen waren der Ansicht, dass die Galaxien in den vergangenen drei Milliarden Jahren mit ungefähr derselben Geschwindigkeit Sterne gebildet haben. Herschel widerlegt dies jedoch.
In der Vergangenheit gab es zahlreiche Galaxien, in denen wahre Sternausbrüche stattfanden und die Sterne 10 bis 15 Mal schneller entstanden, als heute in der Milchstraße. Was diese stürmische Aktivität auslöste, ist noch nicht ganz klar. „Herschel wird uns nun die Gelegenheit bieten, die Gründe für diese Vorgänge zu untersuchen“, freut sich Steve Eales von der Universität Cardiff in Großbritannien.
Vierter Zustand von Wasser: Ionisierter Wasserdampf
Zudem ist Herschel ein erstklassiges Instrument zur Erfassung der kleinsten Formen der Materie, der Moleküle. Das Teleskop hat zum ersten Mal im Weltraum einen neuen Zustand von Wasser entdeckt. Er ist elektrisch geladen und kommt im Unterschied zu den bekannteren Formen, wie festem Eis, flüssigem Wasser und gasförmigem Dampf, nicht in natürlicher Weise auf der Erde vor.
Wenn in den Geburtswolken, die die jungen Sterne umgeben, ultraviolettes Licht durch das Gas dringt, kann diese Strahlung jedoch ein Elektron aus dem Wassermolekül herausstoßen und dieses mit einer elektrischen Ladung versehen.
„Die Entdeckung dieses ionisierten Wasserdampfs war eine Überraschung“ sagt Arnold Benz von der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich. „Sie führt uns vor Augen, dass im frühen Geburtsstadium gewaltige Prozesse vor sich gehen, die zu einer in der ganzen Wolke verbreiteten energetischen Strahlung führen.“
Von den größten Galaxien bis zu den kleinsten Molekülen – die zahlreichen ersten Ergebnisse von Herschel werden den Wissenschaftlern auf der Fachtagung ESLAB 2010 vorgestellt, die diese Woche im Weltraumforschungs- und Technologiezentrum ESTEC der ESA in Noordwijk, Niederlande, stattfindet.
„Dies ist erst der Anfang der Mission. In den kommenden Jahren werden wir dank Herschel noch viele weitere wissenschaftliche Erkenntnisse gewinnen“ versichert Göran Pilbratt, Herschel-Projektwissenschaftler der ESA.
Hinweise für die Redaktionen:
Die Beobachtungen der Region RCW120 sind Teil des von Frédéric Motte, SAp/CEA, Saclay, Frankreich, geleiteten Programms HOBYS (Herschel Imaging Survey of Young Stellar objects).
Die Untersuchungen über den vierten Zustand des Wassers wurden im Rahmen des Programms WISH (Water in star-forming regions with Herschel) unter der Leitung von Ewine van Dishoeck, Sterrenwacht Leiden, Niederlande, durchgeführt.
Die Erforschung der sternbildenden Regionen in der Milchstraße, Hi-GAL (Herschel Infrared Galactic Plane Survey), wird von Sergio Molinari, Institut für Weltraumphysik, Rom, Italien, geleitet.
Die Erkundung der Galaxien, ATLAS (Astrophysical Terahertz Large Area Survey), wird unter dem Vorsitz von Steve Eales, Universität Cardiff, Vereinigtes Königreich, und Loretta Dunne, Universität Nottingham, VGroßbritannien, durchgeführt.
Herschel ist ein Weltraumteleskop der ESA, dessen wissenschaftliche Instrumente von europäisch geleiteten Hauptwissenschaftler-Konsortien bereitgestellt wurden. Die NASA ist maßgeblich an der Mission beteiligt.
Kontakte
Annie Zavagno
Laboratoire d’Astrophysique, Marseille
Tel.: +33 4 95 04 41 55
E-Mail: annie.zavagno @ oamp.fr
Sergio Molinari
Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario, Rom
Tel.: +39 06 49934396
E-Mail: molinari @ ifsi-roma.inaf.it
Steve Eales
Cardiff University, Vereinigtes Königreich
Tel.: +44 7766 024 052
E-Mail: Steve.Eales @ astro.cf.ac.uk
Arnold Benz
ETH Zürich, Schweiz
Tel.: +41 44 632 42 23
E-Mail: benz @ astro.phys.ethz.ch
Göran Pilbratt
Herschel-Projektwissenschaftler der ESA
Tel.: +31 71 565 3621
E-Mail: gpilbratt @ rssd.esa.int
Inside Herschel 
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