Überraschende Chemie um entstehenden Stern

Scheibenförmige Gaswolke um zentrales helles Objekt. Im Inneren deutet eine Spiralstruktur die Rotation der Scheibe an. Die innere, rotierende Scheibe ist durch einen helleren Ring von der äußeren Wolke getrennt. Vom zentralen Objekt gehen nach oben und nach unten gebündelte Strahlen aus.
Umgebung eines Protosterns

Strömt von außen Gas auf einen entstehenden Stern zu, so ändert es seine chemische Zusammensetzung stärker als bislang angenommen. Das zeigen Beobachtungen des 450 Lichtjahre entfernten Protosterns IRAS 04368+2557 durch ein internationales Forscherteam. Bislang gingen die Astronomen davon aus, dass die rotierende Scheibe aus Gas und Staub, in der um einen jungen Stern Planeten entstehen, die gleiche chemische Zusammensetzung besitzt, wie die große Gaswolke, aus der sich der Stern ursprünglich gebildet hat. Diese Annahme sei jedoch nicht länger haltbar, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Bei der Modellierung der chemischen Evolution in der Scheibe wurde stets die chemische Zusammensetzung interstellarer Gaswolken als Anfangsbedingung verwendet“, so Nami Sakai von der Universität Tokio und ihre Kollegen. „Doch diese Annahme ist viel zu einfach, wie wir nun festgestellt haben.“ Sakai und ihr Team haben die chemische Zusammensetzung des Gases in der Umgebung des Protosterns IRAS 04368+2557 mit ALMA untersucht, dem „Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array“, einer internationalen Teleskop-Anlage in der chilenischen Atacama-Wüste. Der zwischen der Infrarot-Strahlung und der traditionellen Radiostrahlung liegende Wellenlängen-Bereich von ALMA eignet sich besonders gut zur Untersuchung von Regionen der Sternentstehung.

Sterne entstehen, wenn sich große Gaswolken unter der Last ihrer eigenen Schwerkraft immer weiter zusammenziehen. Im Zentrum der Wolke bildet sich zunächst ein Protostern, der von einer rotierenden Gas- und Staubscheibe umgeben ist. Über diese Scheibe kann das von außen weiter einfallende Gas zu dem entstehenden Stern strömen. Beim Einfall aus der umgebenden Wolke auf die Scheibe steigt die Dichte des Gases auf das Tausendfache und die Temperatur von 10 auf 100 Kelvin, also auf etwa minus 173 Grad Celsius. Bislang gab es keinerlei Informationen darüber, ob dies auch mit chemischen Veränderungen einhergeht.

Das hat sich nun geändert. Die Beobachtungen von Sakai und ihren Kollegen zeigen zwei signifikante Veränderungen beim Übergang von der Gaswolke in die Scheibe: Zum einen nimmt die Häufigkeit der Kohlenwasserstoff-Verbindung Cyclopropen deutlich ab, zum anderen steigt der Anteil von Schwefelmonoxid deutlich an. „Das bedeutet nicht, dass die beiden Stoffe chemisch direkt zueinander in Beziehung stehen“, betonen die Forscher. „Vielmehr kommt es zu beiden Änderungen durch eine Diskontinuität beim Gaseinfall, die so genannte Zentrifugalbarriere, und die damit verbundenen Aufheizungsprozesse.“ Eine solche drastische Änderung der Chemie an der Zentrifugalbarriere sei „völlig unerwartet“ und sie werfe ein neues Licht auf die Entwicklung der protoplanetarischen Scheiben um junge Sterne.