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Wie kosmische Strahlung eine Dunkelwolke ionisiert
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Duisburg-Essen
astronews.com
4. Februar 2026
Dunkelwolken erscheinen auf den ersten Blick wie ein Loch im
All. Doch sie sind alles andere als das: Im Inneren dieser dichten Ansammlungen
aus Gas und Staub entstehen neue Sterne. Nun konnte mithilfe des
Weltraumteleskops James Webb erstmals gemessen werden, wie kosmische
Strahlung diese Molekülwolken beeinflusst.
Die Dunkelwolke Barnard 68 liegt rund 500
Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild
Schlangenträger. Bild: ESO[Großansicht] |
Ein internationales Forschungsteam hat erstmals die Wirkung kosmischer
Strahlung in einer kalten Molekülwolke direkt gemessen. Die Beobachtung zeigt,
wie stark energiereiche Teilchen das Gas in diesen lichtlosen Regionen
beeinflussen, in denen Sterne entstehen. Dr. Brandt Gaches, Leiter der Emmy-Noether-Gruppe
"Towards the Next Generation in Cosmic Ray Astrochemistry" an der Universität
Duisburg-Essen, war Teil des Teams, das diese Effekte mit dem
James-Webb-Weltraumteleskop untersucht hat, und lieferte astrochemische Modelle
der kosmischen Strahlungschemie.
In kalten, dichten Wolken aus Gas und Staub entstehen Sterne und Planeten.
Eine dieser Wolken heißt Barnard 68 – sie liegt rund 500 Lichtjahre von der Erde
entfernt im Sternbild Schlangenträger. Ihr Inneres ist 9 Kelvin (also −264 °C)
kalt und so dicht und damit undurchsichtig, dass selbst Licht kaum
hindurchdringt. Hier spielt kosmische Strahlung eine wichtige Rolle:
hochenergetische, geladene Teilchen aus dem All, die das Gas ionisieren und so
seine Chemie und Temperatur regulieren. Das kann in diesen Regionen komplexe
chemische Prozesse anstoßen.
Die Bedeutung der kosmischen Strahlung wird angegeben als Ionisationsrate der
kosmischen Strahlung – also die Rate, mit der molekularer Wasserstoff (H₂) durch
kosmische Strahlung ionisiert wird (pro Molekül pro Sekunde). Die
Ionisationsrate kosmischer Strahlung ist einer der grundlegenden Parameter in
der Chemie des molekularen Universums. Bislang konnte diese nur geschätzt
werden, hauptsächlich auf Basis von Modellen und Beobachtungen chemischer
Linien.
"Forschende mussten Umwege gehen, indem sie seltene Moleküle wie protonierten
molekularen Wasserstoff oder protonierte Ionen beobachteten und anschließend
versuchten, aus deren Konzentrationen die Ionisationsrate zu berechnen", erklärt
Gaches. Doch solche Modelle hängen von vielen Annahmen ab – über Dichte,
Temperatur und Reaktionswege – und führen zu stark schwankenden Ergebnissen.
Forschende haben kürzlich die Idee entwickelt, das James-Webb-Weltraumteleskop
zu nutzen, um extrem schwache Infrarotlinien zu messen, die entstehen, wenn
kosmische Strahlen das Gas direkt anregen.
Das theoretische Konzept dessen reicht Jahrzehnte zurück, aber direkte
Beobachtungen sind Astronomen bisher nicht gelungen. Frühere Studien, darunter
auch Arbeiten von Gaches, haben anhand chemischer Modelle gezeigt, dass diese
Nahinfrarotlinien ein zuverlässiger Indikator für die Ionisierung durch
kosmische Strahlen sind. Ein internationales Team unter der Leitung des
Technion Israel Institute of Technology hat nun drei dieser Linien
eindeutig nachgewiesen – genau wie es theoretische Modelle seit Jahrzehnten
vorhergesagt hatten. Als das Spektrometer des James-Webb-Weltraumteleskops auf
Barnard 68 gerichtet wurde, detektierte es ein schwaches Leuchten von direkt
angeregtem molekularem Wasserstoff (H₂).
Dies ist das erste Mal, dass durch Beobachtungen bestätigt wurde, dass
kosmische Strahlen direkt messbare Infrarotlinien anregen. Eine Folgestudie, die
derzeit zur Veröffentlichung vorbereitet wird, nutzte diese Beobachtungen, um
direkt zu messen, wie schnell kosmische Strahlen in dichten interstellaren
Wolken Energie verlieren. Diese Beobachtungen eröffnen neue Möglichkeiten für
die Untersuchung der Physik und Chemie kosmischer Strahlung in
Sternentstehungsgebieten. Künftige Beobachtungen mit dem
James-Webb-Weltraumteleskop wurden ebenfalls genehmigt, um diese Analyse auf
eine weitere nahegelegene Wolke auszuweiten.
Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift
Nature Astronomy veröffentlicht.
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