Astronom:innen des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie im nordrhein-westfälischen Bonn sind auf ein Phänomen gestoßen, das bisherige Annahmen über die Geburt von Sternen erschüttert. Mit den Instrumenten des James-Webb-Weltraumteleskops wiesen sie ultraviolette Strahlung in der Nähe junger Sterne nach, die dort theoretisch nicht existieren dürfte.
Die Ergebnisse, die das Team um Agata Karska in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht hat, stammen aus Beobachtungen im Sternbild Ophiuchus. In dieser etwa 450 Lichtjahre entfernten Molekülwolke nahm das Team fünf sogenannte Protosterne genauer unter die Lupe.
Die unmögliche Strahlung
Bei den untersuchten Objekten handelt es sich um Sterne in einem sehr frühen Entwicklungsstadium, die noch tief in ihrer Gas- und Staubhülle stecken. Diese Himmelskörper der Klasse I sammeln zwar Masse an, sind aber mit Oberflächentemperaturen von wenigen Tausend Grad viel zu kühl, um signifikante Mengen an UV-Licht zu erzeugen.
Zunächst vermuteten die Wissenschaftler:innen, dass massereiche Nachbarsterne für die energetische Strahlung verantwortlich sein könnten. Doch die Daten zeigten schnell, dass eine externe Quelle als alleinige Ursache physikalisch ausgeschlossen werden kann.
Die Analysen ergaben, dass die Strahlungswerte bei allen untersuchten Sternen ähnlich hoch waren, unabhängig von ihrer Position zu anderen Sternen. Damit muss der Ursprung der Strahlung lokal, also im System des jungen Sterns selbst, zu finden sein.
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Detektivarbeit im Infrarotbereich
Da ultraviolettes Licht den dichten Staub um die jungen Sterne nicht durchdringen kann, nutzten die Forscher:innen einen indirekten Nachweisweg. Das Mittelinfrarot-Instrument MIRI des Teleskops spürte chemische Marker auf, die nur unter starkem UV-Einfluss entstehen können.
Insbesondere beobachteten sie Signaturen von hocherhitztem molekularen Wasserstoffgas und ionisierten Teilchen. Diese Funde belegen zweifelsfrei, dass intensive UV-Strahlung vor Ort auf die Materie einwirkt, obwohl der Stern selbst diese nicht emittieren kann.
Das Instrument MIRI war hierfür entscheidend, da es im Gegensatz zu früheren Teleskopen tief genug in die staubigen Geburtsstätten hineinblicken kann. Es macht Prozesse sichtbar, die im optischen Bereich verborgen bleiben.
Interne Prozesse als Lösung
Da der Stern selbst als Quelle ausscheidet, richten die Autor:innen der Studie ihren Blick auf die unmittelbare Umgebung der Protosterne. Die wahrscheinlichste Erklärung sind heftige Schockwellen, die entstehen, wenn Gasströme mit hoher Geschwindigkeit auf die Materiescheibe um den Stern prallen.
Diese sogenannten Akkretionsschocks könnten lokal Temperaturen erzeugen, die hoch genug sind, um die beobachtete UV-Strahlung freizusetzen. Auch Materiestrahlen, die von den Polen der jungen Sterne ins All schießen, kommen als Ursache infrage.
Agata Karska vom Max-Planck-Institut betont, dass der Ursprung „intern sein muss“, da die Strahlung die beobachteten Moleküle in direkter Umgebung beeinflusst. Was genau den Prozess antreibt, bleibt jedoch Gegenstand weiterer Untersuchungen.
Folgen für die Planetenentstehung
Sollte sich bestätigen, dass Protosterne ihre eigene UV-Umgebung schaffen, hätte dies weitreichende Konsequenzen für unsere Modelle der Planetenentstehung. UV-Strahlung beeinflusst massiv die chemische Zusammensetzung der protoplanetaren Scheiben, aus denen später Planeten hervorgehen.
Sie kann komplexe Moleküle aufspalten und so die Bausteine für spätere Atmosphären oder sogar Leben verändern. Bisherige Simulationen haben diesen internen Faktor oft vernachlässigt, was nun korrigiert werden muss.
Allerdings basiert die aktuelle Erkenntnis auf einer kleinen Stichprobe von nur fünf Sternen, was die Aussagekraft noch einschränkt. Zukünftige Analysen müssen zeigen, ob es sich um einen universellen Prozess bei der Sternentstehung handelt.
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Beobachtungen müssen ausgeweitet werden
Das James-Webb-Teleskop der US-Raumfahrtbehörde Nasa liefert damit erneut Daten, die eine Überarbeitung bestehender Lehrmeinungen erfordern. Bereits in der Vergangenheit zeigte das Teleskop unerwartete Details in protoplanetaren Scheiben.
Für die Astronom:innen bedeutet dies, dass sie ihre Modelle zur Chemie in diesen Scheiben anpassen müssen. Um die Quelle der UV-Strahlung endgültig einzugrenzen, planen die Forscher:innen nun, auch die Zusammensetzung von Staub und Eis in diesen Regionen genauer zu untersuchen.
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