Astronomen lösen das Geheimnis der verschiedenen Sternentstehungsaktivitäten zweier ähnlich aussehender Molekülwolken
Anhand von Zehntausenden von Sternen, die von der Raumsonde Gaia beobachtet wurden, haben Sarah Rezai Hochbacht und Johnny Kainulainen die 3D-Form von zwei großen sternbildenden Molekülwolken, der California Cloud und der Orion A Cloud, identifiziert, die ähnlich strukturiert aussehen wie herkömmliche 2D-Bilder offensichtlich vergleichbare Dichte. In 3D sehen sie jedoch ganz anders aus. Tatsächlich ist ihre Dichte viel vielfältiger, als ihre auf die Himmelsebene projizierten Bilder vermuten lassen. Dieses Ergebnis löst das langjährige Rätsel, warum diese beiden Wolken Sterne unterschiedlicher Intensität bilden.
Die Form der kalifornischen und Orion-A-Wolken aus zwei verschiedenen Blickwinkeln bei einer räumlichen Auflösung von 15 Lichtjahren. Die Farben zeigen die Dichte, während die roten Farben höhere Werte darstellen. Die Bilder basieren auf einer 3D-Rekonstruktion von Sarah Rezai Hoschbacht und Johnny Kainulainen.
© Rezaei Khoshbakht & Kainulainen (2022) / MPIA
Die Form der kalifornischen und Orion-A-Wolken aus zwei verschiedenen Blickwinkeln bei einer räumlichen Auflösung von 15 Lichtjahren. Die Farben zeigen die Dichte, während die roten Farben höhere Werte darstellen. Die Bilder basieren auf einer 3D-Rekonstruktion von Sarah Rezai Hoschbacht und Johnny Kainulainen.
© Rezaei Khoshbakht & Kainulainen (2022) / MPIA
Kosmische Gas- und Staubwolken sind die Geburtsstätten von Sternen. Sterne bilden sich vor allem in den dicksten Taschen aus solchem Material. Die Temperaturen fallen fast auf den absoluten Nullpunkt und das dicht gepackte Gas kollabiert unter seinem eigenen Gewicht und bildet schließlich einen Stern. “Die Dichte, d.h. die in einem bestimmten Volumen komprimierte Materiemenge ist eine der entscheidenden Eigenschaften, die die Effizienz der Sternentstehung bestimmen“, sagt Sarah Rezai Hoschbacht. Sie ist Astronomin am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und Hauptautorin eines neuen Artikels, der heute in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde.
In einer in diesem Artikel beschriebenen Pilotstudie wandten Sarah Rezai Koshbacht und Co-Autor Johnny Kainulainen eine Methode an, die es ihnen ermöglichte, die 3D-Morphologie von Molekülwolken in zwei riesige Sternentstehungswolken zu rekonstruieren. Kainulainen ist Forscher an der Chalmers University of Technology in Göteborg, Schweden. Er arbeitete auch am MPIA. Ihre Ziele waren die Orion-A-Wolke und die kalifornische Wolke.
Normalerweise ist es schwierig, die Dichte in den Wolken zu messen. „Alles, was wir sehen, wenn wir Objekte im Weltraum beobachten, ist ihre zweidimensionale Projektion auf eine vermeintliche Himmelskugel“, erklärt Youni Kainulainen. Er ist Experte für die Interpretation des Einflusses kosmischer Materie auf das Sternenlicht und die Berechnung der Dichte solcher Daten. Kainulainen fügt hinzu: „Traditionellen Beobachtungen fehlt die nötige Tiefe. Daher ist die einzige Dichte, die wir normalerweise aus solchen Daten ableiten können, die sogenannte Spaltendichte.“
Gefälschte 2D-Farbbilder der kalifornischen Staubverteilung (oben) und der Orion-A-Wolken (unten). Die Daten wurden mit dem Weltraumteleskop Herschel aufgenommen.
© Lombardi et al. (2014), doi: 10.1051/0004-6361/201323293 (unten); Lada et al. (2017), doi: 10.1051/0004-6361/201731221 (oben)
Gefälschte 2D-Farbbilder der kalifornischen Staubverteilung (oben) und der Orion-A-Wolken (unten). Die Daten wurden mit dem Weltraumteleskop Herschel aufgenommen.
© Lombardi et al. (2014), doi: 10.1051/0004-6361/201323293 (unten); Lada et al. (2017), doi: 10.1051/0004-6361/201731221 (oben)
Die Dichte der Säule ist die Summe der Materiepartikel entlang der Sichtlinie geteilt durch den entworfenen Querschnitt. Daher spiegeln diese Säulendichten nicht unbedingt die tatsächliche Dichte von Molekülwolken wider, was problematisch ist, wenn Wolkeneigenschaften mit Sternentstehungsaktivität kombiniert werden. Die Bilder der beiden in dieser Arbeit betrachteten Wolken, die die Wärmestrahlung von Staub zeigen, zeigen ähnliche Strukturen und Dichten. Ihre vielen unterschiedlichen Sternentstehungsraten haben Astronomen jedoch viele Jahre lang verwirrt.
Die neue 3D-Rekonstruktion zeigt bereits, dass sich diese beiden Wolken gar nicht so ähnlich sind. Trotz ihres faserigen Aussehens in 2D-Bildern ist die kalifornische Wolke eine flache Materialschicht mit einem Durchmesser von fast 500 Lichtjahren, unter der sich ein großer Ballon erstreckt. Daher kann der kalifornischen Wolke keine Entfernung zugeordnet werden, was erhebliche Auswirkungen auf die Interpretation ihrer Eigenschaften hat. Aus unserer Erdperspektive ist die kalifornische Wolke an den Rändern fast genau ausgerichtet, wodurch die Illusion einer fadenförmigen Struktur entsteht. Infolgedessen ist die tatsächliche Wolkendichte viel geringer als die Säulendichte vermuten lässt, was die Diskrepanz zwischen früheren Schätzungen der Dichte und der Wolkenrate erklärt.
Und wie sieht die Orion-A-Wolke in 3D aus? Das Team bestätigte die in 2D-Bildern beobachtete dichte Fadenstruktur. Die tatsächliche Morphologie der Wolke unterscheidet sich jedoch auch von dem, was wir in 2D sehen. Orion A ist ziemlich komplex, mit zusätzlichen Dichtungen am hervorstehenden Grat für Gas und Staub. Im Durchschnitt ist Orion A viel dichter als die kalifornische Wolke, was seine ausgeprägtere Sternentstehungsaktivität erklärt.
Eine Sternkarte des Himmels mit den beiden als rote Ellipsen dargestellten Molekülwolken. Die kalifornische Wolke erstreckt sich zwischen den Sternbildern Auriga und Perseus in der Nähe des Kalifornien-Nebels (NGC 1499, grüner Fleck). Die Orion-A-Wolke erstreckt sich vom Orion-Nebel (Messias 42) im südlichen Teil des Sternbildes Orion über dem Stern Saif. Die gelben Kreise stellen Sternhaufen dar.
© Dominic Ford (/MPIA
Eine Sternkarte des Himmels mit den beiden als rote Ellipsen dargestellten Molekülwolken. Die kalifornische Wolke erstreckt sich zwischen den Sternbildern Auriga und Perseus in der Nähe des Kalifornien-Nebels (NGC 1499, grüner Fleck). Die Orion-A-Wolke erstreckt sich vom Orion-Nebel (Messias 42) im südlichen Teil des Sternbildes Orion über dem Stern Saif. Die gelben Kreise stellen Sternhaufen dar.
© Dominic Ford (/MPIA
Sarah Rezai Hoshbacht, die ebenfalls bei Chalmers arbeitet, entwickelte das 3D-Rekonstruktionsverfahren während ihrer Promotion am MPIA. Er analysierte die Veränderung des Sternenlichts, als er diese Gas- und Staubwolken durchquerte, gemessen von der Raumsonde Gaia und anderen Teleskopen. Gaia ist ein Projekt der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), deren Hauptziel es ist, die Entfernungen zu über einer Milliarde Sternen in der Milchstraße genau zu messen. Diese Abstände sind entscheidend für das Verfahren der 3D-Rekonstruktion.
„Wir haben das Licht von 160.000 bzw. 60.000 Sternen für die kalifornische Wolke und die Orion-A-Wolke analysiert und kombiniert“, sagte Sarah Rezai Koshbacht. Die beiden Forscher rekonstruierten Wolkenstrukturen und -dichten mit einer Auflösung von nur 15 Lichtjahren. „Dies ist nicht der einzige Ansatz, den Astronomen verwenden, um räumliche Wolkenstrukturen zu bestimmen“, fügte Rezai Hosbacht hinzu. „Aber unsere Methode liefert stabile und zuverlässige Ergebnisse ohne digitale Artefakte.“
Diese Studie beweist, dass sie das Potenzial hat, die Erforschung der Sternentstehung in der Milchstraße durch Hinzufügen einer dritten Dimension zu verbessern. „Ich denke, eine wichtige Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass sie zu einer Forschung geführt hat, die sich ausschließlich auf Säulendichtewerte stützt, um Rückschlüsse zu ziehen und die Eigenschaften der Sternentstehung zu vergleichen“, schließt Sarah Rezai Hoschbacht.
Diese Arbeit ist jedoch nur der erste Schritt zu dem, was die beiden Astronomen erreichen wollen. Sara Rezaei Khoshbakht verfolgt ein Projekt, das letztlich die räumliche Verteilung von Staub in der Milchstraße bestimmen und seine Beziehung zur Sternentstehung klären soll.
Mehr Informationen
Das Team besteht aus Sara Rezaei Khoshbakht (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland, und Chalmers University of Technology, Department of Space, Earth and Environment, Göteborg, Schweden). [Chalmers]) und Youni Kainulainen (Chalmers).
Diese Arbeit verwendet Daten der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die vom Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC) verarbeitet werden. Das DPAC wurde von nationalen Institutionen finanziert, insbesondere von jenen, die am Gaia Multilateral Agreement teilnehmen.
MN
Add Comment