Bislang jüngste Protosterne entdeckt

  • 21. March 2013

Die Teleskope Herschel und APEX konnten die jüngsten bisher bekannten Protosterne ausmachen und charakterisieren.

Sterne werden im Verborgenen geboren: hinter Staubschichten, tief im Inneren der Molekülwolken, aus deren Kollaps sie entstehen. Je jünger ein Protostern ist, desto schwieriger ist es, ihn zu beobachten. In den letzten Jahren haben sich Astronomengruppen mit Hilfe immer höher entwickelter Infrarot-Technologie einen regelrechten Wettlauf geliefert, Protosterne in immer früheren Entwicklungsstadien zu entdecken. Jetzt hat eine Gruppe von Astronomen das Weltraumteleskop Herschel und das Submillimeter-Teleskop APEX genutzt, um die jüngsten bislang bekannten Protosterne zu entdecken und zu charakterisieren.

Abb.: Drei der PACS Bright Red Sources (PBRS), die mit dem Weltraumteleskop Herschel gefunden wurden. Das Feld ganz links zeigt ein vom Weltraumteleskop Spitzer (bei 24 µm) aufgenommenes Bild, in welchem die beiden oberen Objekte vollständig unsichtbar sind, während das untere sich nicht eindeutig als Protostern identifizieren lässt. Die beiden rechten Felder zeigen Bilder vom Weltraumteleskop Herschel (bei 70 µm) und vom Submillimeterteleskop APEX (bei 350 µm). (Bild: A. M. Stutz, MPIA)

Abb.: Drei der PACS Bright Red Sources (PBRS), die mit dem Weltraumteleskop Herschel gefunden wurden. Das Feld ganz links zeigt ein vom Weltraumteleskop Spitzer (bei 24 µm) aufgenommenes Bild, in welchem die beiden oberen Objekte vollständig unsichtbar sind, während das untere sich nicht eindeutig als Protostern identifizieren lässt. Die beiden rechten Felder zeigen Bilder vom Weltraumteleskop Herschel (bei 70 µm) und vom Submillimeterteleskop APEX (bei 350 µm). (Bild: A. M. Stutz, MPIA)

Einer der beteiligten Astronomen, Tom Megeath von der University of Toledo, Ohio, erinnert sich: „Die Entdeckung war ein echter Glücksfall. Ich hatte mir Bilder angesehen, die mit den Weltraum-Teleskopen 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. Die Unsichtbarkeit auf den Spitzer-Bildern legte nahe, dass es sich bei dem Objekt auf dem Herschel-Bild um einen außergewöhnlich kühlen Protostern in einem viel früheren Entwicklungsstadium handeln könnte, als es jemals zuvor beobachtet worden war.

Nach dieser ersten vielversprechenden Entdeckung durchkämmte 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 die Rotverschiebung aufgrund der kosmischen Expansion kann dazu führen, dass eine sehr weit entfernte gewöhnliche Galaxie so ähnlich aussieht wie ein sehr kalter, aber ungleich näherer Protostern. Stutz erklärt: „Wir mussten die Spreu vom Weizen trennen und die echten Protosterne ausfindig machen. 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 Atacama Pathfinder Experiment (APEX) besteht aus einer ALMA-Prototypen-Antenne und beobachtet seit 2005 in mehr als 5000 Metern Höhe.

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).

Den Analysen von Stutz und ihren Kollegen nach sind dies die jüngsten Protosterne, die bislang beobachtet wurden: staubige Gashüllen mit Massen zwischen dem 0,2- und 2-fachen der Sonnenmasse, die von einem tief im Inneren eingebetteten Protostern auf etwa 20 Kelvin über dem absoluten Nullpunkt aufgeheizt werden.

Stutz sagt dazu: „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. Diese Lücke schließen wir jetzt.“

Die Astronomen um Stutz haben bereits die nächsten Schritte eingeleitet. Das sind zum einen Nachfolgebeobachtungen mit Herschel an acht der PBRS, um nach Spuren von Gas-Ausflüssen zu suchen, die für diese frühen Prototypen vorhergesagt wurden. Zum anderen wollen sie mit dem Green-Bank-Radioteleskop Licht bei Wellenlängen empfangen, die für dichtere Ansammlungen von Gasmolekülen charakteristisch sind. Zusätzlich hoffen die Astronomen auf Beobachtungszeit an ALMA. Das letzte Woche eingeweihte Array sollte in der Lage sein, feinere Details der Hüllen darzustellen und genauere Messungen ihrer Dichte zulassen.

MPIA / PH

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