Stern-Geburtsstätten sind ganz anders, zeigt ein neuer Wolkenatlas

Molekülwolken in der Whirlpool-Galaxie. In blau Wasserstoffmoleküle in M51 (Rohmaterial für die Ster Quelle: Bild: PAWS team/IRAM/NASA HST/T. A. Rector (University of Alaska Anchorage) (idw)

Eine mehrjährige Studie der Whirlpool-Galaxie (M51) hat das Bild der Astronomen von den riesigen Molekülwolken verändert, in denen Sterne geboren werden. Die Untersuchung, die einen Katalog mit 1500 solcher Wolken erstellt hat, zeigt, dass die Wolken offenbar in eine Art diffuser Molekül-Nebelschwaden eingebettet sind, welche die gesamte galaktische Scheibe durchziehen. Der Druck, den diese Nebelschwaden ausüben, bestimmt, ob sich in den Wolken neue Sterne bilden oder nicht. Die Studie wurde von Eva Schinnerer vom Max-Planck-Institut für Astronomie geleitet und beruht wesentlich auf Daten der Millimeter-Teleskope von IRAM, Institut de Radioastronomie Millimétrique.

Die meisten Sterne einer Galaxie werden im Inneren von Molekülwolken (giant molecular clouds, GMCs) geboren – Ansammlungen von Wasserstoffmolekülen mit Massen zwischen eintausend und einige Millionen Mal der Masse der Sonne. Kollabiert eine Gasregion im Inneren dieser Wolken unter ihrer eigenen Schwerkraft, dann zieht sich das Gas darin soweit zusammen, bis Druck und Temperatur hoch genug sind, dass Kernfusion einsetzen kann: ein neuer Stern ist entstanden.

Jetzt stellt eine neue Studie die herkömmlichen Ansichten der Astronomen über diese Stern-Geburtsstätten infrage. Eva Schinnerer (Max-Planck-Institut für Astronomie [MPIA]), die Leiterin der Untersuchung, erklärt: »In den letzten vier Jahren haben wir die bislang vollständigste Kartierung solcher riesigen Molekülwolken in einer Spiralgalaxie vorgenommen, die unserer eigenen Milchstraße sehr ähnlich ist. Dazu haben wir rekonstruiert, wieviele Wasserstoff-Moleküle es dort gibt und wie die Molekülgas sowie die älteren und die jüngeren Sterne der Galaxie verteilt sind. Dabei ergibt sich ein Bild, das sich deutlich von dem unterscheidet, was Astronomen bislang über diese Molekülwolken dachten.« Die Durchmusterung heißt verkürzt PAWS und hat die sogenannte Whirlpoolgalaxie M51 ins Visier genommen, eine Spiralgalaxie im Sternbild Jagdhunde (Canes Venatici), rund 23 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Herausgekommen ist ein Wolkenatlas, der mehr als 1.500 einzelne Molekülwolken verzeichnet.

Annie Hughes, eine Postdoktorandin am MPIA, die an der Studie beteiligt war, sagt: »Astronomen haben sich diese Molekülwolken früher immer als Einzelgänger vorgestellt, die für sich alleine durch das extrem dünne Gas des interstellaren Mediums driften – in den Wolken, so dachte man, sei der überwiegende Teil der Wasserstoffmoleküle einer Galaxie gespeichert. Stattdessen haben wir jetzt gezeigt, dass sich in der Whirlpool-Galaxie rund die Hälfte der Wasserstoffmoleküle in einer Art diffuser Nebelschwaden befinden, welche die Molekülwolken umgeben und die gesamte Scheibe der Galaxie ausfüllen!«

Den Spiralarmen von Spiralgalaxien – Verdichtungen, die sich durch die Galaxie ausbreiten wie Wellen auf einem See – hatten die Astronomen bereits früher eine wichtige Rolle bei der Sternentstehung zugewiesen: In den Spiralarmen mit ihrem dichteren Gas seien die Bedingungen für die Geburt neuer Sterne besonders günstig. Doch die Studie zeigt, dass auch die neu entdeckten "Nebelschwaden" aus Gas eine wichtige Rolle spielen. Sharon Meidt, ebenfalls Postdoktorandin am MPIA und an der Studie beteiligt, sagt: »Die Molekülwolken sind definitiv keine Einzelgänger. Im Gegenteil: Ob sich in einer dieser Wolken neue Sterne bilden, hängt entscheidend von der Wechselwirkung zwischen der Wolke, den umgebenden Nebelschwaden und der großräumigen Struktur der Galaxie ab. Bewegen sich die Nebelschwaden relativ zu den Spiralarmen der Galaxie, dann nimmt der Druck in ihrem Inneren ab – Folge eines allgemeinen Strömungsgesetzes, des Bernoulli-Gesetzes. Auch auf die Wolken im Inneren der Nebelschwaden wirkt dann nur noch ein geringerer Außendruck. Dadurch wird es unwahrscheinlich, dass solch eine Wolke kollabiert und neue Sterne bildet.«

Bernoullis Gesetz wird auch zumindest für einen Teil eines Effekts verantwortlich gemacht, den viele Leser aus dem Alltag kennen dürften: Ein Duschvorhang wird beim Duschen aufgrund des verringerten Drucks nach innen gezogen.

Jerome Pety vom Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), das die für die Untersuchung benutzten Teleskope betreibt, fügt hinzu: »Dies ist ein schönes Beispiel dafür, wie unsere Teleskope ihre Stärken ausspielen können. Die Kombination aus langer Beobachtungszeit, der Notwendigkeit von Detailschärfe, wie sie nur ein Interferometer liefern kann, und von Überblicksbildern, wie sie unsere 30-Meter-Antenne liefern kann – das wäre so an keinem anderen Observatorium möglich gewesen.«

Schinnerer sagt: »Bislang haben wir mit der Whirlpool-Galaxie nur eine einzige Beispielgalaxie derart genau untersucht. Als nächstes müssen wir nachprüfen, wieweit sich unsere Ergebnisse auf andere Galaxien übertragen lassen. Dafür eignet sich die geplante Erweiterung NOEMA des Verbundteleskops auf dem Plateau de Bure als auch das Verbundteleskop ALMA in Chile – mit ihnen können wir Wolkenatlanten für Spiralgalaxien erstellen, die noch deutlich weiter entfernt sind als die Whirlpool-Galaxie.«

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie (idw)