Von kalten Wolken und heißen Kugeln - das Rätsel der Sternentstehung

In unserer Milchstraße oder in unseren beiden recht kleinen Begleitgalaxien, den Magellanschen Wolken, lassen sich viele dunkle Gas- und Staubwolken erkennen. Monica Rubio, Astronomin an der Universidad de Chile in Santiago, erforscht seit langem diese Wolken, die es wahrlich in sich haben:

"Viele Jahre waren diese dunklen Flecken in unserer Milchstraße und in anderen Galaxien sehr rätselhaft. Aber jetzt wissen wir, daß genau in diesen Wolken sehr viel Material für neue Sterne liegt. In diesen dunklen Wolken entstehen viele neue Sterne. Eine typische Riesen-Molekülwolke hat zwischen zehntausend und einer Million Sonnenmassen!"

Ein Loch im Himmel ...

Bildbeschreibung:
Ein Loch im Himmel... - die Dunkelwolle Barnard 68 verschluckt das Licht zahlloser hinter ihr liegender Sterne. Sonne und Planeten sahen vor knapp fünf Milliarden Jahren vermutlich ganz ähnlich aus.

Solch gewaltige Gas- und Staubwolken, die Astronominnen und Astronomen sprechen von Riesen-Molekülwolken, beginnen irgendwann sich zu drehen, zerfallen in einzelne Unterwolken und bilden schließlich Tausende von Sternen. Soweit das grobe Bild - die Details aber sind rätselhafter denn je.

"Wenn ein sehr massereicher Stern entstanden ist, reißt er die Molekülwolke recht schnell auseinander. Seine Strahlung heizt das umgebende Gas auf und bläst die Wolke geradezu weg. Dann sehen wir den Stern auch in normalen Teleskopen. Dank der Infrarot- und Radioteleskope wissen wir jetzt aber auch, was mit diesen Sternen vorher passiert, wie sie entstehen und wie sie sich entwickeln."

Monica Rubio hat mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte tief in einige Riesen-Molekülwolken geblickt und dort Sterne unmittelbar nach deren Geburt erwischt. Das VLT verfügt über leistungsstarke Infrarot-Kameras und erfaßt so auch die Wärmestrahlung himmlischer Objekte. Monica Rubio interessiert vor allem, wie viele Sterne mit welcher Masse entstehen. Denn sind erst einmal die großen Brocken entstanden, dann ist in den Wolken innerhalb einiger hunderttausend Jahre Schluß mit den neuen Sternen. Wie entstehen dann aber die vielen "normalen", also kleinen Sterne von der Art der Sonne?

"Wir erforschen, ob es einen Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der Molekülwolken und der Art der entstehenden Sternen gibt. Offenbar müssen die Wolken wirklich riesig sein, um viele massereiche Sterne zu bilden. Allerdings sehen wir dort auch leichtere Sterne. Sind die schon vorher entstanden? Beeinflussen sich also die unterschiedlichen Sterne gegenseitig? Wieso finden wir auch Gegenden, in denen es keine massereichen Sterne gibt, in denen aber viele massearme entstehen?"

Die Astronomin und ihre Kollegen rätseln, welche Laune der Natur in den Molekülwolken die Massen der entstehenden Sterne steuert. Eine für uns im doppelten Sinne lebenswichtige Frage: Denn zum einen verdanken wir den ganz massereichen Sternen die meisten chemischen Elemente in unserem Körper - zum anderen ist aber Leben nur auf Planeten von massearmen und damit langlebigen Sternen möglich.

Um zu verstehen, wie sich beide Gruppen gemeinsam aus den Riesenmolekülwolken bilden, muß der Blick in noch frühere, bis heute unbeobachtbare Stadien der Sternentwicklung gehen. Ab etwa dem Jahr 2006 soll das neue Radioteleskop ALMA tief in gerade zusammenfallende Wolken gucken. Dieses Instrument entsteht derzeit auf einem 5000 Meter über dem Meeresspiegel liegenden Hochplateau in der Atacama-Wüste in Chile.

Bis ALMA endlich zum Einsatz kommt, müssen sich die Forscher mit dem "begnügen", was heute schon zu beobachten ist. Derzeit läuft ein groß angelegtes Beobachtungsprogramm des Orionnebels. Das Sternbild Orion mit seinen markanten drei Gürtelsternen ist nicht nur für Laien sehr schön, auch für Profi-Astronomen ist diese Himmelsgegend von großem Interesse. Denn der Nebel im Schwert des Orion ist eines der aktivsten Sternentstehungsgebiete in der ganzen Milchstraße: Mit einer Entfernung von 1500 Lichtjahren liegt es astronomisch gesehen geradezu vor der Haustür.

Der Orion-Nebel ist eine riesige auf Hochtouren laufende Sternfabrik

Bildbeschreibung:
Der Orion-Nebel ist eine riesige auf Hochtouren laufende Sternfabrik. Innerhalb der vergangenen 10 Millionen Jahre sind dort einige Zehntausend Sterne entstanden. Die Kantenlänge des Bildes beträgt vor Ort etwa 3 mal 3 Lichtjahre - das ist weniger als der Abstand von der Sonne zum nächsten Stern.

In den letzten zehn Millionen Jahren sind dort bereits Zehntausende von Sternen entstanden - und die größten Sterne sind auch schon als Supernovae explodiert. Der Orionnebel ist geradezu ein Prototyp für eine "Sternfabrik". Die meisten Sterne in unserer Milchstraße sind in solchen Gebieten entstanden. Sterne wachsen in "Rudeln" auf - sie werden nicht allein oder nur als Doppelstern geboren, sondern in Sternhaufen, oft gemeinsam mit Tausenden von anderen Sternen in einem sehr kleinen Gebiet. Erst später lösen sich diese Haufen auf und die Sterne gehen ihre eigenen Wege.

Zum Auftakt der großen Beobachtungskampagne hat ein Forscher-Team mit dem VLT das bisher detailreichste Bild des Orionnebels aufgenommen. In einem Bereich von etwa drei Lichtjahren Durchmesser - das ist weniger als der Abstand der Sonne vom nächsten Stern - tummeln sich mitten im Orionnebel gleich Tausende junger, gerade einmal etwa eine Million Jahre alter Sterne, freut sich Mark McCaughrean vom Astrophysikalischen Institut in Potsdam:

"Die meisten dieser Sterne sind jetzt im optischen Bereich oder im Infrarot-Bereich zu beobachten. Aber im Hintergrund gibt es noch neue Sterne. Sie sind nur 100.000 Jahre oder vielleicht sogar nur 10.000 Jahre alt. Die sind in unserem Bild sehr rot, unsichtbar im optischen Bereich und fast unsichtbar im Infrarot-Bereich. Wir wollen wissen, wie die Sterne entstehen. Das ist nicht nur die Frage von einem Stern, sondern eine Frage, wie ganze Familien oder Systeme von Sternen entstehen. Wir können auf unserem Bild ein paar sehr helle und sehr massereiche Sterne erkennen - die sind vielleicht 10- oder 20-mal größer als unsere Sonne. Aber da gibt es Tausende von schwächeren Sternen, die sind sehr massearm und haben vielleicht nur ein Zehntel von der Masse unserer Sonne."

Ab 2009 sollen 64 Teleskopschüsseln Sternentstehungsgebiete und Galaxien erforschen

Bildbeschreibung:
Ab dem Jahr 2009 sollen 64 Teleskopschüsseln mit jeweils 12 Metern Durchmesser von der Atacama aus nahe Sternentstehungsgebiete und Galaxien am Rand des Kosmos erforschen. Die Teleskope werden nicht immer so dicht beieinander stehen, sondern können, um noch schärfer zu sehen, über 10 Kilometer verteilt werden.

Dank der einzigartigen Infrarot-Fähigkeiten des VLT blicken die Forscher mit einem Mal in dichte Gas- und Staubwolken, die für normale optische Teleskope undurchdringlich sind. So erwischen die Astronomen selbst Objekte, die nicht genügend Masse haben, um ein richtiger Stern zu werden. Bei Objekten mit weniger als 7 Prozent der Sonnenmasse zündet das Kernfeuer nie - die Astronomen sprechen von Braunen Zwergen.

"Wir wollen wissen, wie viele Braune Zwergen es dort pro normalem Stern gibt. Die große Frage ist, wie effizient Sternentstehung abläuft, also wieviel von all dem Staub und Gas wirklich zu Sternen wird. Wir können nicht nur diese Braunen Zwerge suchen, sondern vielleicht auch Objekte, die nicht die Masse unserer Sonne, sondern die von Jupiter haben. Jupiter hat nur ein Tausendstel Sonnenmasse. Aber solche Objekte sind im Orionnebel sichtbar, weil sie noch sehr jung sind und damit viel heller als in späteren Phasen."

Diese sehr massearmen Braunen Zwerge strahlen nur innerhalb der ersten hunderttausend Jahre hell genug, um sie zumindest im Infraroten zu erkennen. Der scharfe Blick des VLT hat jetzt einige dieser Objekte aufgespürt. Sie sind nur etwa 1700° Celsius heiß - astronomisch gesehen ist das sehr kühl (die Sonne ist an der Oberfläche knapp 6000° Celsius heiß). Im sichtbaren Licht ist von ihnen nichts zu entdecken - aber diese Objekte gehen der Infrarotkamera ISAAC am VLT spielend ins Netz.

Eine andere Astronomen-Gruppe hatte diese Objekte im Jahr 2000 als "frei fliegende Planeten" bezeichnet. Aber wie das ESO-Team nun zeigt, sind etliche dieser vermeintlichen Planeten heller und damit auch massereicher als es die kleineren Teleskope vermuten ließen. Um die Natur dieser Objekte genau zu enträtseln, braucht das Team um Mark McCaughrean noch weitere Daten.

"Wir können nicht allein aufgrund der Helligkeit und Farbe dieser Objekte entscheiden, ob sie Sterne, Braune Zwerge oder Objekte von der Masse eines Planeten sind. Wir brauchen Spektren und wir werden das auch mit dem VLT machen. Das VLT bekommt jetzt gerade zwei neue Multiobjektspektrographen. Mit denen können wir dann innerhalb etwa einer Stunde von Hunderten dieser Objekte Spektren aufnehmen."

Aus der Umgebung des Sterns schießen Materiejets in die Umgebung

Bildbeschreibung:
Rätselhaftes Phänomen beim 1500 Lichtjahre entfernten, jungen Stern HH-34 im Orion: Aus der Umgebung des Sterns schießen Materiejets in die Umgebung.

Die Astronomen haben im Orionnebel bereits etliche dunkle Scheiben entdeckt, die als Vorstufen von Planetensystemen junge Sterne umgeben - die Entdeckung "fertiger" Planeten ist mit den bald in Betrieb gehenden Instrumenten des VLT durchaus möglich. Wenn die Astronomen entdecken, daß viele der Sterne im Orionnebel Planeten haben bzw. daß junge Sterne von Staubscheiben umgeben sind, aus denen Planeten entstehen könne, dann hätte das enorme Bedeutung. Der Orionnebel ist ein ganz typisches Sternentstehungsgebiet. Wenn dort die meisten Sterne Planeten haben oder bilden sollten, dann müßten auch in unserer ganzen Milchstraße - wenn nicht im ganzen Universum! - die meisten Sterne Planeten haben.

Der Orionnebel ist das nächstgelegene große Sternentstehungsgebiet. Er zeigt viele Details - daher kommt diesen Beobachtungen so überragende Bedeutung zu. Gehen sonst oft nur die hellen Sterne den Astronomen ins Netz, wird das jetzt begonnene Orion-Projekt alle Details offenbaren: Sterne, Braune Zwerge, Planeten, Gas und Staub. Dann werden die Forscher zumindest der Antwort näher sein, wie viele und wie Sternlein entsteh'n...