RCW 120 RCW 120

13. April 2021 /

Stellare Rückkopplung: Sternwinde können die Bildung neuer Sterne befeuern

[Bild: Luisi et al. 2021; Spitzer Teleskop]

Am Südhimmel, etwa 4.300 Lichtjahre von der Erde entfernt, liegt RCW 120, eine riesige leuchtende Wolke aus Gas und Staub um einen jungen massereichen Stern. Ein internationales Team, das von Forschern der Universität Köln und der West Virginia University (USA) geleitet wurde, konnte das Alter von RCW 120 auf weniger als 150.000 Jahre eingrenzen, was sehr jung für einen solchen Nebel ist. Die Untersuchungen ergaben, dass die stellare Rückkopplung – ein Prozess, bei dem Sterne Energie zurück in ihre Umgebung abgeben – die Sternbildung in der Umgebung positiv beeinflusst. Diese Erkenntnisse können Aufschluss über die hohe Sternentstehungsrate im frühen Stadium unseres Universums geben. Die Ergebnisse dieser Studie sind in der April-Ausgabe der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Um die Auswirkungen der stellaren Rückkopplung zu analysieren, beobachtete das Forschungsteam um Matteo Luisi von der West Virginia University in Morgantown, USA den Nebel mit SOFIA, dem Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, das vom DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) und der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betrieben wird. RCW 120 ist ein sogenannter Emissionsnebel, der Licht in verschiedenen Wellenlängen abstrahlt. Etwa 7 Lichtjahre vom Zentrum von RCW 120 entfernt liegt der Rand der Wolke, wo sich eine Fülle von Sternen bildet. Um zu verstehen, wie all diese Sterne entstehen, müssen Astronomen und Astronominnen mit Hilfe von Infrarotbeobachtungen tief in den Ursprung des Nebels eindringen. Der Stern im Zentrum von RCW 120 erzeugt starke Sternwinde, die denen unserer eigenen Sonne ähneln und Materie von der Sternoberfläche ins All schleudern. Trifft dieser Sternwind auf das umgebende Gas, wird es komprimiert und es entsteht eine energiegeladene Stoßfront, in der dann weitere Sterne entstehen. Die Anwesenheit des massereichen Zentralsterns wirkt sich also positiv auf die zukünftige Sternentstehung in seiner Umgebung aus.

 

RCW 120Falschfarbenbild von RCW 120 vom Spitzer Satelliten, wobei heißer Staub rot ist, warmes Gas grün und Sterne blau dargestellt sind. Die Konturen zeigen die [CII] Linie von ionisiertem Kohlenstoff, der mit SOFIA und upGREAT beobachtet wurde und eine schnelle Ausdehnung der Region in Richtung Erde (blaue Konturen) und von uns weg (rote Konturen) bestätigt. Der gelbe Stern gibt die Position des zentralen, massiven Sterns in RCW 120 an. Copyright: Luisi et al. 2021, Spitzer.

Diese Beobachtungen zur Untersuchung der Wechselwirkungen massereicher Sterne mit ihrer Umgebung werden im Rahmen des SOFIA-Programmes FEEDBACK durchgeführt, einem internationalen Projekt unter der Leitung von Nicola Schneider von der Universität zu Köln und Alexander ‚Xander‘ Tielens von der University of Maryland. Dabei kommt upGREAT, die weiterentwickelte Version des German REceiver for Astronomy at Terahertz Frequencies des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie und der Universität zu Köln, zum Einsatz.

 „Wir haben mit unseren Beobachtungen herausgefunden, dass RCW 120 mit 15 km/s expandiert, was für einen Nebel unglaublich schnell ist“, so Nicola Schneider. „Aus dieser Expansionsgeschwindigkeit konnten wir eine Altersgrenze für die Wolke ableiten und fanden heraus, dass RCW 120 viel jünger ist als bisher angenommen“. Mit dieser Altersschätzung konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wiederum auf die Zeit schließen, die die Sternentstehung am Rande des Nebels benötigte, um nach der Entstehung des Zentralsterns in Gang zu kommen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass positive Rückkopplungsprozesse auf sehr kurzen Zeitskalen auftreten, und dass diese Mechanismen für die hohen Sternentstehungsraten verantwortlich sein könnten, die in der Frühphase des Universums auftraten.

Für die Zukunft hofft das Team, diese Art der Analyse auf die Untersuchung weiterer Sternentstehungsgebiete auszuweiten. „Die anderen Regionen, die wir mit FEEDBACK untersuchen, befinden sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien, haben verschiedene Morphologie und einige haben viele massereiche Sterne in ihrem Zentrum, im Gegensatz zu RCW 120 mit nur einem Stern.“, so Schneider. Mit diesen Informationen kann das FEEDBACK-Team feststellen, welche Prozesse die ausgelöste Sternentstehung hauptsächlich antreiben und wie sich diese Prozesse zwischen den verschiedenen Sternentstehungsgebieten unterscheiden.

„Dieses Programm ist eine Langzeitstudie, die sich über mehrere Jahre erstreckt, und mit dem das SOFIA Team den kommenden Generationen von Astronominnen und Astronomen möglichst umfangreiche und vollständige Datensätze zur Verfügung stellen möchte, die auch weit über SOFIAs eigentliche Betriebszeit hinaus unter verschiedensten Blickwinkeln analysiert werden können und damit weitere spektakuläre Erkenntnisse im Bereich der Sternentstehung möglich machen werden.“, so Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operation Deputy Director vom Deutschen SOFIA Institut, das an der Universität Stuttgart SOFIAs Betrieb auf deutscher Seite koordiniert.

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SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301 und 50OK1701) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

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