Ein Ferninfrarotbild der Kleinen Magellanschen Wolke, beobachtet vom Herschel-Weltraumobservatorium der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) (Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tokuda et al., ESA/Herschel)
Wenn es um Babydecken geht, gilt: je flauschiger, desto besser – und Astronomen haben herausgefunden, dass einige kleine Sterne im frühen Universum ebenfalls „flauschige“ vorgeburtliche Kokons bevorzugten.
Sterne werden in „stellaren Kinderstuben“ geboren, d. h. in Regionen von Galaxien mit einer Fülle von Gas und Staub, die zu dicht werden und kollabieren können, um kleine Sterne oder „Protosterne“ zu bilden. Diese Gaswolken, die genauer als „Molekülwolken“ bezeichnet werden, können sich über Hunderte von Lichtjahren erstrecken und so Tausende von Sternen bilden.
Wissenschaftler haben viel über die Sternentstehung im heutigen Universum gelernt, aber es bleibt ein Rätsel, ob sich stellare Körper im frühen Kosmos auf die gleiche Weise gebildet haben.
„Selbst heute ist unser Verständnis der Sternentstehung noch in der Entwicklung begriffen; zu verstehen, wie sich die Sterne im früheren Universum gebildet haben, ist eine noch größere Herausforderung“, sagte der Leiter des Teams und Forscher der Kyushu-Universität, Kazuki Tokuda, in einer Erklärung. „Das frühe Universum war ganz anders als heute und bestand hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium. Schwerere Elemente bildeten sich später in massereichen Sternen.“
In der Milchstraße haben Molekülwolken, aus denen Sterne entstehen, eine drahtige oder „fadenförmige“ Struktur, die auseinanderbricht, um einen Molekülwolkenkern zu bilden, der einem „stellaren Ei“ ähnelt, das mehr Gas und Staub aus der breiteren Molekülwolke ansaugt, bis ein junger Stern „schlüpft“.
Wir können nicht in der Zeit zurückgehen, um die Sternentstehung im frühen Universum zu studieren, aber wir können Teile des Universums beobachten, die eine ähnliche Umgebung wie das frühe Universum aufweisen“, sagte Tokuda. Eine solche Umgebung, in der es ebenfalls keine Elemente gibt, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind und die von den Astronomen als ‚Metalle‘ bezeichnet werden, ist die Kleine Magellansche Wolke (SMC).
Der „Flügel“ der SMC, der aufgrund seines Mangels an Metallen dem frühen Universum ähnelt. (Bildnachweis: NASA/CXC/JPL-Caltech/STScI)
Diese rund 20.000 Lichtjahre entfernte Satelliten-Zwerggalaxie der Milchstraße hat etwa ein Fünftel des Metallgehalts unserer Galaxie. Damit ist die SMC ein hervorragender Indikator für die Bedingungen im 13,8 Milliarden Jahre alten Universum rund 4 Milliarden Jahre nach dem Urknall.
Um die Bedingungen zu untersuchen, unter denen sich die ersten Sterne bildeten, ohne 10 Milliarden Jahre in die Vergangenheit blicken zu müssen, wandten sich Tokuda und Kollegen an die SMC. Sie führten diese Untersuchung mit dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) durch, einem Array von 66 Radioteleskopen im Norden Chiles. Während frühere Studien der SMC und ihrer Sternentstehungsgebiete nicht über die nötige Auflösung verfügten, um filamentartige Wolken zu beobachten, ermöglichte ALMA einen hochauflösenden Blick auf diese Zwerggalaxie, mit dessen Hilfe die Wissenschaftler feststellen konnten, ob solche Strukturen vorhanden waren oder nicht.
Eine Illustration zeigt einen jungen Stern, der sich aus einer dichten Gas- und Staubwolke bildet. (Bildnachweis: Wolfgang Steffen, UNAM)
„Insgesamt haben wir Daten von 17 Molekülwolken gesammelt und ausgewertet. Jede dieser Molekülwolken hatte wachsende Baby-Sterne mit der 20-fachen Masse unserer Sonne“, so Tokuda. Wir fanden heraus, dass etwa 60 % der beobachteten Molekülwolken eine fadenförmige Struktur mit einer Breite von etwa 0,3 Lichtjahren aufwiesen, während die restlichen 40 % eine ‚flauschige‘ Form hatten“, so Tokuda. “Das Team stellte außerdem fest, dass die Temperatur im Inneren der fadenförmigen Molekülwolken höher war als die der flauschigen Molekülwolken. Die Forscher stellen die Theorie auf, dass dieser Temperaturunterschied zwischen flauschigen und fadenförmigen Wolken wahrscheinlich mit ihrem Alter zusammenhängt.
Die Ergebnisse lassen vermuten, dass die hohen Temperaturen der Fadenwolken mit der Kollision der Wolken zu tun haben. Wenn die Temperatur hoch ist, sind die Wolken weniger turbulent, aber wenn sie abkühlen, werden die Wolken chaotischer, wodurch die flauschige Form entsteht.
Dies wirkt sich auf die Sternentstehung aus, da fadenförmige Wolken eher auseinanderbrechen und massearme Sterne wie die Sonne bilden. Wenn eine Wolke jedoch flauschig wird, könnte es für die Wolken schwierig werden, auseinanderzubrechen und massearme Sterne zu bilden.
„Diese Studie deutet darauf hin, dass die Umgebung, wie z. B. eine ausreichende Versorgung mit schweren Elementen, für die Aufrechterhaltung einer fadenförmigen Struktur entscheidend ist und möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Bildung von Planetensystemen spielt“, sagte Tokuda. „In Zukunft wird es wichtig sein, unsere Ergebnisse mit Beobachtungen von Molekülwolken in Umgebungen zu vergleichen, die reich an schweren Elementen sind, wie z. B. die Milchstraße“, so Tokuda, der hinzufügte, dass Studien wie diese neue Einblicke in die Entstehung von Molekülwolken und deren Veränderungen im Laufe der Zeit liefern und somit ein detaillierteres Bild der gesamten Entwicklung des Universums zeichnen.
