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Das frühe Wachstum von interstellarem Staub
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
astronews.com
15. Januar 2024
Mit dem Weltraumteleskop James Webb wurden nun die
frühen Stadien des Wachstums von Staubkörnern in der dichten Molekülwolke
Chamaeleon I beobachtet. Für die Auswertung war eine Kombination aus
Laborexperimenten und mathematischer Modellierung nötig. Die Ergebnisse liefern
bislang beispiellose Einblicke in die Wachstumsprozesse.
Illustration des Wachstums interstellarer
Staubkörnchen, die sich aus dem eismantelfreien interstellaren
Medium (links) entwickeln. Sie bekommen einen ersten Eismantel
in der Wolke (Mitte) und nehmen in der dichtesten Wolkenphase
(rechts) an Größe zu.
Bild:
Dartois et al. 2024 [Großansicht] |
Wenn interstellare Staubkörnchen wachsen, wirkt sich dies substanziell
auf ihre Wechselwirkung mit Licht aus. Insbesondere streuen sie dann das Licht
in erheblichem Maße und selektiv nach Wellenlängen. Die große Bandbreite an
Wellenlängen, die das Weltraumteleskop James Webb (JWST) analysiert,
macht es zu einem unverzichtbaren Instrument, um diese Veränderungen in den
Spektren aufzuspüren. So können Astronomen die Größe der Körnchen im Bereich von
wenigen Mikrometern bestimmen.
"Es ist eine Herausforderung, diese verzerrten Eisprofile im Infraroten zu
interpretieren, die von Webb in solch dichten Wolkenregionen beobachtet
werden. Dies erfordert eine komplizierte Kombination aus Laborexperimenten und
mathematischer Modellierung. Das Ergebnis sind jedoch beispiellose Einblicke in
die Verteilung der Korngröße", sagt der Astronom Emmanuel Dartois vom Institut
für Molekularwissenschaften im französischen Orsay, der als Mitglied des
internationalen "Ice Age"-Teams die jetzt veröffentlichte Webb-Studie geleitet
hat.
Diese Streuung verändert die spektroskopischen Profile im Infrarotbereich und
macht sie zu spezifischen Indikatoren für die Veränderung der Korngröße.
Insbesondere wurde die Extinktion des Lichts von Sternen hinter der dichten
Chamaeleon-Wolke beobachtet, und eine detaillierte Analyse dieser Profile
bestätigte, dass die eisigen Körnchen Größen von Mikrometern erreichen. Damit
zeigte sich, dass diese kalten Staubkörnchen schon früh im Prozess der
Sternentstehung auf ihrer Oberfläche Moleküle ansammeln, bereits vor der
protostellaren Phase. Dies stellt bisherige Annahmen darüber, wo und wann das
Kornwachstum stattfindet, infrage. Dies wirft nicht nur ein Licht auf die
Details der Entwicklung der Staubkörner vor der Geburt von Sternen und Planeten,
sondern stellt auch eine Herausforderung für die Bestimmung der chemischen
Häufigkeit dar, da sich diese Entwicklung auf die beobachteten Profile auswirkt.
"Dank der herausragenden Empfindlichkeit von JWST können wir endlich
detaillierte Informationen bekommen über die Staubkörner in interstellaren
Wolken, in denen Sterne und Planeten entstehen", sagt Paola Caselli, Mitautorin
und Leiterin des Zentrums für astrochemische Studien am Max-Planck-Institut für
extraterrestrische Physik. "Mit diesen neuen Daten und der Synergie zwischen
Experimentatoren und Theoretikern können wir die Größe der Staubkörnchen, den
Bausteinen von Planeten, genau eingrenzen. Diese Staubkörnchen enthalten nicht
nur Material, das sich zu größeren Brocken verdichtet, sondern auch flüchtige
Stoffe wie Wasser und organische Moleküle, die Bausteine präbiotischer Moleküle,
die möglicherweise die ersten Schritte zum Leben darstellen."
Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
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