20. Juni 2024: JWST Ausrichtung bipolarer Jets bestätigt Sternentstehungstheorien

Zum ersten Mal wurde ein Phänomen, von dem Astronomen lange gehofft hatten,
es direkt abzubilden, von der Nahinfrarotkamera (NIRCam) des James Webb-Weltraumteleskops der NASA erfasst.
In diesem atemberaubenden Bild des Serpensnebels liegt die Entdeckung im nördlichen Bereich
(oben links zu sehen) dieser jungen, nahegelegenen Sternentstehungsregion.

Astronomen fanden eine faszinierende Gruppe protostellarer Ausflüsse, die entstehen,
wenn Gasströme neugeborener Sterne mit hoher Geschwindigkeit mit nahegelegenem Gas und Staub kollidieren.
Typischerweise haben diese Objekte innerhalb einer Region unterschiedliche Ausrichtungen.
Hier sind sie jedoch im gleichen Maße in die gleiche Richtung geneigt, wie der Schneeregen, der bei einem Sturm herabströmt.

Bild: Serpensnebel (NIRCam)


Bild: NASA
In diesem Bild des Serpensnebels vom James Webb-Weltraumteleskop der NASA fanden Astronomen eine Gruppierung ausgerichteter protostellarer
Ausflüsse innerhalb einer kleinen Region (obere linke Ecke).
Serpens ist ein Reflexionsnebel, das heißt, es handelt sich um eine Wolke aus Gas und Staub, die kein eigenes Licht erzeugt, sondern stattdessen leuchtet,
indem sie das Licht von Sternen in der Nähe oder innerhalb des Nebels reflektiert.

Die Entdeckung dieser ausgerichteten Objekte, die durch Webbs hervorragende räumliche Auflösung und Empfindlichkeit im nahen Infrarot-Wellenlängenbereich
ermöglicht wurde, liefert Informationen über die Grundlagen der Entstehung von Sternen.

„Astronomen gehen seit langem davon aus, dass sich die Sterne beim Kollaps von Wolken zu Sternen tendenziell in die gleiche Richtung drehen“,
sagte der leitende Forscher Klaus Pontoppidan vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien.
„So direkt hat man das allerdings noch nicht gesehen.
Diese ausgerichteten, länglichen Strukturen sind ein historisches Zeugnis der grundlegenden Art und Weise, wie Sterne entstehen.“

Wie hängt also die Ausrichtung der Sternstrahlen mit der Rotation des Sterns zusammen?
Wenn eine interstellare Gaswolke in sich zusammenstößt und einen Stern bildet, dreht sie sich schneller.
Die einzige Möglichkeit für das Gas, sich weiter nach innen zu bewegen, besteht darin, einen Teil des Spins (bekannt als Drehimpuls) zu entfernen.
Um den jungen Stern herum bildet sich eine Materialscheibe, die wie ein Strudel um einen Abfluss Material nach unten transportiert.
Die wirbelnden Magnetfelder in der inneren Scheibe schleudern einen Teil des Materials in Doppelstrahlen,
die in entgegengesetzte Richtungen senkrecht zur Materialscheibe nach außen schießen.

Im Webb-Bild sind diese Jets durch helle, klumpige Streifen gekennzeichnet, die rot erscheinen.
Dabei handelt es sich um Stoßwellen des Jets, der auf umgebendes Gas und Staub trifft.
Hier stellt die rote Farbe das Vorhandensein von molekularem Wasserstoff und Kohlenmonoxid dar.

„Dieser Bereich des Serpensnebels (Serpens North) ist nur mit Webb klar sichtbar“,
sagte Hauptautor Joel Green vom Space Telescope Science Institute in Baltimore.
„Wir sind jetzt in der Lage, diese extrem jungen Sterne und ihre Ausflüsse einzufangen,
von denen einige zuvor nur als Klumpen erschienen oder aufgrund des sie umgebenden
dicken Staubs im optischen Wellenlängenbereich völlig unsichtbar waren.“

Astronomen sagen, dass es einige Kräfte gibt, die möglicherweise die Richtung der Ausflüsse während dieser Lebensphase
eines jungen Sterns ändern können.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass sich Doppelsterne umeinander drehen und in ihrer Ausrichtung schwanken,
wodurch sich die Richtung der Ausflüsse im Laufe der Zeit ändert.
Sterne der Schlangen

Der Serpensnebel liegt 1.300 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist nur ein bis zwei Millionen Jahre alt,
was im kosmischen Vergleich sehr jung ist.
Es ist auch die Heimat einer besonders dichten Ansammlung neu entstehender Sterne (ca. 100.000 Jahre alt),
die in der Mitte dieses Bildes zu sehen ist. Einige dieser Sterne werden schließlich die Masse unserer Sonne erreichen.

„Webb ist eine junge, herausragende Objektsuchmaschine“, sagte Green.
„In diesem Feld erfassen wir die Wegweiser jedes einzelnen jungen Sterns, bis hin zu den Sternen mit der niedrigsten Masse.“

„Es ist ein sehr vollständiges Bild, das wir jetzt sehen“, fügte Pontoppidan hinzu.

In der gesamten Region in diesem Bild stellen Filamente und Streifen unterschiedlicher Farbtöne reflektiertes Sternenlicht
von sich noch bildenden Protosternen in der Wolke dar.
An manchen Stellen liegt Staub vor diesem Spiegelbild, das hier in einem orangefarbenen, diffusen Farbton erscheint.

Diese Region war die Heimat weiterer zufälliger Entdeckungen, darunter der flatternde „Fledermausschatten“,
der seinen Namen erhielt, als Daten des Hubble-Weltraumteleskops der NASA aus dem Jahr 2020 zeigten,
dass die Planetenscheibe eines Sterns flattert oder sich verschiebt.
Dieses Merkmal ist in der Mitte des Webb-Bildes sichtbar.
Video: Eine Tour durch den Serpensnebel


Video: NASA


Zukunftsstudien

Das neue Bild und die zufällige Entdeckung der ausgerichteten Objekte sind eigentlich nur der erste Schritt in diesem wissenschaftlichen Programm.
Das Team wird nun Webbs NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) verwenden, um die chemische Zusammensetzung der Wolke zu untersuchen.

Die Astronomen möchten herausfinden, wie flüchtige Chemikalien die Sternen- und Planetenentstehung überleben. Flüchtige Stoffe sind Verbindungen,
die bei relativ niedriger Temperatur sublimieren oder von einem Feststoff direkt in einen Gaszustand übergehen darunter Wasser und Kohlenmonoxid.
Anschließend vergleichen sie ihre Ergebnisse mit Mengen, die in protoplanetaren Scheiben ähnlicher Sterne gefunden wurden.

„In der grundlegendsten Form bestehen wir alle aus Materie, die aus diesen flüchtigen Stoffen stammt.
„Der Großteil des Wassers hier auf der Erde entstand, als die Sonne vor Milliarden von Jahren ein junger Protostern war“, sagte Pontoppidan.
„Ein Blick auf die Häufigkeit dieser kritischen Verbindungen in Protosternen kurz vor der Entstehung ihrer protoplanetaren Scheiben könnte uns helfen zu verstehen,
wie einzigartig die Umstände waren, als unser eigenes Sonnensystem entstand.“

Diese Beobachtungen wurden im Rahmen des General Observer-Programms 1611 gemacht.
Die ersten Ergebnisse des Teams wurden im Astrophysical Journal akzeptiert
.