Ein Stern brennt! Wie wurde der kosmische Wind zu einem Schlüsselglied in den Mustern von Galaxien?

Abbildung einer Beschleunigungsscheibe um einen jungen Stern, die den Wind der Materie zeigt, der um sie herumwirbelt (Bildnachweis: T. Müller, R. Launhardt)

Kosmologen haben einen wichtigen Schritt bei der Entstehung von Sternen entdeckt, der verhindert, dass die Galaxien, aus denen sie bestehen, entweichen. Der „Rettungsmechanismus“ ist der „kosmische Wind“, der durch die Ansammlung von Gas- und Staubwolken entsteht – diese Wolken häufen sich allmählich an und bilden heiße, dichte Galaxien. Darüber hinaus können diese Wolken die Rotation der Sterne verlangsamen. Ein Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Forschern des Max-Planck-Instituts hat mithilfe von Radiowellen einen jungen Stern namens CB26 beobachtet, der 460 Lichtjahre von der Erde entfernt in einer dunklen kosmischen Wolke liegt. Sie kombinierten Beobachtungen und eine Reihe analytischer Techniken, um den Materiefluss um CB26 festzustellen. Die Entdeckung könnte Aufschluss darüber geben, wie Sterne aus der Ansammlung von Gaswolken entstehen, die nicht über einen eigenen regelmäßigen Impuls und eine eigene Rotation verfügen.

"Babystars" sind der ungünstigste Faktor in seiner Zusammensetzung

Wenn sich kosmische Wolken unter dem Einfluss ihrer eigenen Schwerkraft zusammenballen und die Dichte zu groß wird, beginnen Sterne zu brennen. Diese Wolken bestanden aus Wasserstoff, Helium und einigen schweren Elementen und bildeten schließlich das, was Kosmologen „Metalle“ nennen. Wenn die gesammelte Wolke eine bestimmte Dichte und Temperatur erreicht, findet in ihr ein Prozess statt, der als Kernfusion bekannt ist. Dieser kataklysmische Prozess wandelt Wasserstoffatome in der Wolke in Heliumatome um, wodurch enorme Energiemengen freigesetzt werden und ein neuer Stern entsteht. Bei diesem Veränderungsprozess gibt es jedoch einen entscheidenden Punkt: Die Gaswolke bewegt sich zwar normal, der Explosionsfaktor der Wolke erfordert jedoch eine schnellere Rotationsgeschwindigkeit.

Stellen Sie es sich wie einen Skifahrer vor, der im kosmischen Arm gleitet und sich schnell dreht. Eine schnellere Rotation erzeugt auch stärkere Trägheitszentrifugalkräfte, die Materie von der Rotationsachse im Zentrum des Sterns wegziehen. Diese bilden „Babysterne“ – oder „Protosterne“ –, wenn sich aus dem Zentrum der Akkretionswolke zwar genügend Materie löst, jedoch nicht genug, um eine Kernfusion zu erzeugen. Kosmologen nennen dieses Dilemma das konventionelle Impulsproblem der Sternentstehung.

Die Antwort liegt in kosmischen Winden

Eine mögliche Lösung für dieses Problem besteht darin, Material in den zentralen Bereich der Akkretionswolke zu bewegen. Das Material, das eine Gas-Staub-Beschleunigungsscheibe um den Protostern bildet, liefert das Material, das während der schnellen Rotation entweicht, aber vermehrt werden muss, um eine Kernfusion auszulösen.

Das Material der Beschleunigungsscheibe sorgt außerdem für den Impuls, den die Nova benötigt, um sich von ihrem ursprünglichen Zentrum zu lösen. Dies geschieht, wenn sich Wasserstoff im beschleunigenden gasförmigen Spinnmaterial erhitzt. Dabei werden Elektronen aus dem Protostern abgetrennt, wodurch eine große Zahl von Plasmapartikeln entsteht. Die Bewegung dieser Partikel erzeugt in der Beschleunigerscheibe ein Magnetfeld, das wiederum den Plasmafluss beeinflusst, wobei einige Plasmaflüsse sogar die magnetischen Feldlinien kreuzen. Diese austretenden Plasmaströme kollidieren schließlich mit der geladenen Neutronensternmaterie und tragen einen Teil der Materie mit der Dynamik herkömmlicher Materie in eine „Windscheibe“ hinaus.

Der Verlust konventioneller Impulssterne ist auf Lücken in der schnellen Rotation des zentralen Protosterns zurückzuführen. Die Hypothese, dass die Abschwächung der Zentrifugalkraft das herkömmliche Impulsproblem lösen könne, war bis zum Auftauchen der jetzt vorliegenden Beobachtungsbeweise lückenhaft. Dies liegt auch daran, dass wir Beobachter auf der Erde sind und uns selbst die funkelnden Sterne besonders klein erscheinen.

Sogar Astronauten fanden 20 Jahre später (2009) Beweise, als sie den Materialfluss um eine CB26-Nova (eine der nächstgelegenen Scheiben um den Protostern) mit dem Bierut Highland Telescope Array in den Alpen beobachteten, das aus vielen einzelnen Radioteleskopen besteht, die separate Beobachtungen durchführen. Auf der Grundlage der Kohlenstoffmischung stellte das Team Veränderungen im Licht fest, das von der Erde austritt. Dabei handelt es sich um eine Wellenlängenausdehnung, die als Rotverschiebung bezeichnet wird, während die Mikrowellen, die auf die Erde zusteuern, als Blauverschiebung bezeichnet werden.

Dies zeigt, wie Wolken in der Beschleunigungsscheibe von ihrer normalen Dynamik getrennt werden, ein Prozess, der der Entstehung eines Tornados ähnelt. Im Jahr 2009 konnten Lauenhardt und seine Kollegen am Max-Planck-Institut nicht messen, wie weit der kosmische Wind von der Nova entfernt war. Der Schlüssel liegt darin, zu verstehen, ob der kosmische Wind genügend Impuls übertragen kann, damit die Nova normal funktioniert und nicht auseinandergerissen wird. - Sterne haben bei ihrer Entstehung ihr eigenes, regelmäßiges Gewicht. - Dunkle Materieatome können Schattengalaxien bilden, wenn Sterne schnell entstehen. - Warum ist das Universum so dunkel, obwohl es voller Sterne ist?

In einer neuen Studie gelangten Launhart und sein Team zu weiteren Erkenntnissen und Schlussfolgerungen über Neutronensterne. Aus den Beobachtungen der Radiowellen konnte das Max-Planck-Team mehr Rückschlüsse ziehen als aus den ersten Beobachtungen des Teams. Die Forscher verwendeten außerdem eine ausgefeilte Modellskala, um die Verteilung der Windfeldmaterie und der Feldmaterie zu bestimmen.

Zudem hat das Forscherteam erstmals die Größe des kegelförmigen Materialstroms gemessen. Sie fanden heraus, dass die Grundgröße des äußeren Flusses dreimal der Entfernung zwischen der Erde und Neptun entspricht, also etwa 8,1 Milliarden Kilometer. Dies bedeutet auch, dass das Windfeld massereichere konventionelle Impulskörper trägt als der Wind – was ebenfalls Hinweise darauf liefert, wie sich Hengyuan-Sterne differenzieren und entwickeln. Das Forschungsteam untersucht die Quellgalaxie von CB26 für den Einsatz in einer verbesserten Version des Planck-Interferometers, die das Team „The Dome“ nennt und für die es die Anzahl der Antennen auf zwölf erhöht hat. Die Ergebnisse wurden in der Ausgabe vom 17. Oktober von Cosmos and Cosmic Physics veröffentlicht.

VON: Robert Lea

FY: Ho Tan Wai

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