JAMES WEBB
Auf den Spuren der rätselhaften UV-Strahlung von Protosternen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
astronews.com
26. November 2025

Das Weltraumteleskop James Webb hat fünf junge Sterne in der Ophiuchus-Molekülwolke im Sternbild Schlangenträger ins Visier genommen und die ultraviolette Strahlung in ihrer unmittelbaren Umgebung untersucht. Dabei zeigte sich, dass das bisherige Erklärungsmodell für diese Strahlung nicht zutreffend zu sein scheint - zur Überraschung der Forschenden.

Detaillierter Blick auf die andauernde Sternentstehung innerhalb der Ophiuchus-Molekülwolke (rechts). Im linken Teil des Bildes die Vergrößerung eines der Protosterne (GSS 30 IRS1) mit einem markanten molekularen Wasserstoffausfluss.  Bild: Skretas et al. (links); NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (STScI), Bearbeitung: Alyssa Paghan (STScI) (rechts)  [Großansicht]

Iason Skretas, Doktorand am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, und Dr. Agata Karska vom Zentrum für moderne interdisziplinäre Technologien an der Nikolaus-Kopernikus-Universität im polnischen Torun und vom MPIfR beobachteten mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) fünf junge Sterne in Richtung des Sternbilds Schlangenträger. Ihr Interesse galt vor allem der ultravioletten Strahlung und ihrer Rolle bei der Entstehung von Sternen. "Wir wollten uns Protosterne genauer ansehen, also junge Sterne, die sich noch tief im Inneren ihrer molekularen Mutterwolken bilden. Während Protosterne Masse akkretieren, schleudern sie einen Teil davon in Form von Materiestrahlen nach außen", erklärt Skretas. Diese werden als Jets oder Ausflüsse bezeichnet und sind das auffälligste Zeichen für die Entstehung von Sternen.

Die Forschenden konnten zeigen, dass sie die Existenz von ultravioletter Strahlung berücksichtigen müssen, um die Chemie und Physik dieser molekularen Ausflüsse junger Sterne zu verstehen. "Das ist die erste Überraschung. Junge Sterne sind nicht in der Lage, Strahlung zu erzeugen; sie können keine Strahlung 'produzieren'. Wir sollten also auch keine erwarten. Und doch konnten wir zeigen, dass UV-Strahlung in der Nähe von Protosternen auftritt. Woher kommt sie, was ist ihre Quelle: intern oder extern? Wir haben uns vorgenommen, das zu untersuchen", fügt Karska hinzu.

Das Team richtete das Mittelinfrarot-Instrument MIRI des JWST auf junge Sterne in Richtung des Sternbilds Schlangenträger (lateinisch: Ophiuchus). Dort liegt in rund 450 Lichtjahre Entfernung die Ophiuchus-Molekülwolke und enthält mehrere Sterne vom Typ B, die sehr jung und heiß sind und stark im ultravioletten Bereich (UV) strahlen. Fünf Objekte, die sich in unterschiedlicher Entfernung zu diesen massereichen Sternen befinden, wurden für detaillierte Beobachtungen ausgewählt. Das MIRI-Instrument ermöglicht es, astronomische Objekte im Wellenlängenbereich von 2 bis 28 Mikrometern zu beobachten, wodurch mehrere Linien von molekularem Wasserstoff (H₂) erfasst werden, die aufgrund der Erdatmosphäre vom Boden aus nicht beobachtet werden können. Das JWST ist für diese Art von Beobachtungen unverzichtbar. Damit wird es möglich, diese Linien selbst von sehr schwachen Objekten mit hoher Auflösung zu beobachten.

Für die Astronomie ist H₂ das wichtigste Molekül im Universum. Zunächst einmal ist es das häufigste Molekül: Es ist im Durchschnitt 10.000 Mal häufiger als Kohlenmonoxid, immerhin das zweithäufigste Molekül im Weltraum. Gleichzeitig macht es die Struktur von H₂ sehr schwierig, es in Molekülwolken zu beobachten, da die Temperatur zu niedrig ist, um das Molekül anzuregen. Auswürfe junger Sterne erzeugen jedoch Stoßwellen, die die Materie komprimieren und erwärmen und so eine helle H₂-Emission erzeugen. Daher ist JWST/MIRI die perfekte Kombination, um Ausflüsse von Protosternen zu untersuchen.

Die Analyse der JWST-Beobachtungen in der Ophiuchus-Molekülwolke zeigt eindeutig das Vorhandensein von UV-Strahlung in der Umgebung von Protosternen und deren Ausflüssen, hervorgerufen durch die Einwirkung dieser Strahlung auf den molekularen Wasserstoff. Das wirft die Frage auf, woher die UV-Strahlung kommt. Hängt sie mit Prozessen zusammen, die in unmittelbarer Nähe des Protosterns ablaufen? Zum Beispiel mit Stoßwellen, die beim Einfall von Materie auf den Protostern entstehen, oder mit Stoßwellen, die entlang des protostellaren Jets entstehen?

"Eine Möglichkeit ist, dass die UV-Strahlung von massereichen Sternen in der Nähe stammt, die die Geburtsorte der nächsten Generation von Sternen beleuchten. Daher sind wir von dieser Hypothese ausgegangen", sagt Friedrich Wyrowski, ebenfalls vom MPIfR. Die Astronomen verwendeten zwei Methoden, um das Ausmaß der externen UV-Strahlung abzuschätzen. Die erste basierte auf den Eigenschaften der umgebenden Sterne und ihrer Entfernung zu den beobachteten Quellen. Die zweite basierte auf dem Staub, der die UV-Strahlung absorbieren und bei längeren Wellenlängen wieder abgeben kann.

"Mit diesen beiden Methoden konnten wir zeigen, dass die UV-Strahlung – in Bezug auf die äußeren Bedingungen – zwischen unseren Protosternen erheblich variiert und wir daher Unterschiede in der molekularen Emission sehen sollten. Wie sich herausstellt, sehen wir diese jedoch nicht", so Skretas. "Wir mussten also die Hypothese einer externen Strahlungsquelle verwerfen. Wir können jedoch mit Sicherheit sagen, dass in der Umgebung des Protosterns UV-Strahlung vorhanden ist, da sie zweifellos die beobachteten Moleküllinien beeinflusst. Daher muss ihr Ursprung intern sein“, fügt Karska hinzu.

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Produktion von UV-Strahlung in den Modellen zur Beschreibung der Sternentstehung berücksichtigt werden muss. Zukünftige Analysen der JWST-Beobachtungen werden sich nicht nur auf das Gas, sondern auch auf die Zusammensetzung von Staub und Eis konzentrieren und so alternative Möglichkeiten bieten, den Ursprung der UV-Strahlung um Protosterne einzugrenzen. Die Erhöhung der Anzahl der beobachteten Quellen, einschließlich Beobachtungen, die den gesamten Umfang der Ausflüsse abdecken, wird ein entscheidender Schritt sein, um die Entstehungsorte für die UV-Strahlung weiter einzuschränken.

Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.