HERSCHEL
Blick auf die jüngsten Protosterne
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
20. März 2013

Mithilfe des Weltraumteleskops Herschel und des Submillimeter-Teleskops APEX haben Astronomen die jüngsten bislang bekannten Protosterne aufgespürt. Die stellaren Embryos sind noch tief in dichte Kokons aus Staub eingebettet.  Von der Entdeckung erhoffen sich die Forscher neue Einblicke in die frühesten Stadien der Sternentwicklung.

Drei der PACS Bright Red Sources (PBRS), die mit Herschel gefunden wurden. Oben ein vom Weltraumteleskop Spitzer (bei 24 µm) aufgenommenes Bild, in welchem die beiden oberen Objekte vollständig unsichtbar sind. Die beiden Bilder unten stammen vom Weltraumteleskop Herschel (bei 70 µm) und vom Submillimeterteleskop APEX (bei 350 µm). Bilder: A. M. Stutz (MPIA)

Sterne werden im Verborgenen geboren: hinter Staubschichten, tief im Inneren der Molekülwolken, aus deren Kollaps sie entstehen. Je jünger ein werdender Stern - ein sogenannter Protostern - ist, desto schwieriger ist es, ihn zu beobachten. In den letzten Jahren gab es einen regelrechten Wettlauf, mithilfe immer empfindlicherer Infrarotteleskope Protosterne in immer früheren Entwicklungsstadien zu entdecken. Jetzt ist es einer Gruppe von Astronomen gelungen, mit dem Weltraumteleskop Herschel und dem Submillimeter-Teleskop APEX die jüngsten bislang bekannten Protosterne zu entdecken und zu untersuchen.

"Die Entdeckung war ein echter Glücksfall", erinnert sich Teammitglied Tom Megeath von der University of Toledo im US-Bundesstaat Ohio. "Ich hatte mir Bilder angesehen, die mit den Weltraumteleskopen Spitzer und Herschel aufgenommen wurden und einen kürzlich entdeckten interessanten Protostern in Orion zeigten, dessen Leuchtkraft sich mit der Zeit ändert. Auf dem ersten Herschel-Bild, das ich mir ansah, war dieser Protostern deutlich zu sehen - aber direkt daneben fand sich überraschender Weise noch ein weiteres Objekt, das auf den Bildern des Spitzer-Teleskops schlichtweg fehlte."

Dass das Objekt auf den Spitzer-Bildern nicht zu sehen war, hängt damit zusammen, dass Spitzer bei kürzeren Wellenlängen beobachtet als Herschel. Dass ein Objekt bei längeren Wellenlängen hell leuchtet, bei kürzeren dagegen unsichtbar ist, gibt Physikern Hinweise auf seine Temperatur. Menschen zum Beispiel emittieren durch ihre Körpertemperatur von etwa 37 Grad Celsius infrarotes, aber kein sichtbares Licht. Die Unsichtbarkeit auf den Spitzer-Bildern legte nahe, dass es sich bei dem Objekt auf dem Herschel-Bild um einen außergewöhnlich kalten Protostern handeln könnte.

Das waren aufregende Aussichten, denn bei so geringen Temperaturen müsste es sich um einen Protostern in einem viel früheren Entwicklungsstadium handeln, als es jemals zuvor beobachtet worden war. Nach dieser ersten vielversprechenden Entdeckung durchkämmte Teamleiterin Amelia Stutz vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg sorgfältig die Orion-Daten, um zu sehen, ob sich weitere Exemplare solcher Objekte aufspüren ließen. Am Ende kam sie auf insgesamt 55 solcher anscheinend sehr kalten Objekte.

Doch waren dies wirklich alles junge Protosterne? Im Universum erscheinen schließlich auch sehr weit entfernte Objekte rotverschoben, da durch die Ausdehnung des Weltraums die Wellenlängen ihres Lichtes gestreckt werden. Das kann dazu führen, dass eine sehr weit entfernte gewöhnliche Galaxie so ähnlich aussieht wie ein sehr kalter, aber ungleich näherer Protostern.

"Wir mussten die Spreu vom Weizen trennen und die echten Protosterne ausfindig machen". so Stutz. "Und wir wussten, dass dies nur mit mehr Daten möglich war. Aus diesem Grund griffen wir auf APEX zurück - ein Teleskop, das sogar noch langwelligeres Licht empfängt als Herschel."

Das APEX-Teleskop, das als Prototyp für das unlängst eingeweihte Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) diente, befindet sich in der Atacama-Wüste in Chile und wird von der Europäischen Südsternwarte (ESO) betrieben. Mit den kombinierten Daten und durch sorgfältigen Vergleich ihrer Beobachtungen mit physikalischen Modellen von Protosternen und ähnlichen Objekten reduzierten Stutz und ihre Kollegen ihre Liste auf 15 zuverlässig identifizierte neue Protosterne.

Die rötesten Quellen tauften sie nach dem Herschel-Instrument PACS, mit dem diese Entdeckungen gelungen waren - PACS Bright Red Sources (kurz: PBRS). Diese Quellen waren aufgrund ihrer geringen Temperatur vom Spitzer-Teleskop nicht als Protosterne zu identifizieren gewesen - einige von ihnen sind auf den Spitzer-Bildern schlicht unsichtbar.

Stutz und ihre Kollegen vermuten, dass es sich bei den von ihnen entdeckten Objekten um die jüngsten Protosterne handelt, die bislang beobachtet wurden: staubige Gashüllen mit Massen entsprechend der 0,2- bis 2-fachen Masse der Sonne, die von einem tief im Inneren eingebetteten Protostern auf etwa 20 Grad über dem absoluten Nullpunkt, also 20 Kelvin, aufgeheizt werden.

"In den frühesten Stadien sammelt der Protostern den Großteil seiner Masse an. Aber diese Stadien sind gleichzeitig am schwierigsten zu beobachten. Bislang gab es keinen direkten Weg, das, was das Modell über die frühesten Stadien sagte, mit Beobachtungen zu vergleichen", so Stutz. "Diese Lücke schließen wir jetzt und das ist immer eine gute Sache, wenn man wissen möchte, was wirklich vor sich geht."

Stutz und ihre Kollegen planen bereits weitere Beobachtungen der von ihnen entdeckten Objekte, unter anderem mit ALMA. "Es ist immer aufregend, neue Arten von Objekten wie unsere PBRS zu finden", so die Astronomin. "insbesondere dann, wenn sie Informationen über etwas so Fundamentales wie die Geburt von Sternen versprechen. Sowohl unsere Entdeckung als auch das Potential für weitergehende Beobachtungen zeigt, dass dies interessante Zeiten für Astronomen sind. Diese Quellen konnten wir nur mit Herschel entdecken. Und nur mit ALMA ist es möglich, sie im Detail zu untersuchen."

Über ihre Beobachtungen berichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal.