Faszination Universum - JWST knipst Überschall-Gasjet eines jungen Sterns
Von: Markus Nielbock
Die sogenannten Herbig-Haro-Objekte (HH) sind leuchtende Gasströme, die das Wachstum von Sternbabies signalisieren. Mit dem Welt¬raum¬teleskop James Webb (JWST) der NASA/ESA/CSA hat ein inter¬nationales Astronomen¬team, dem auch Forschende des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) angehören, ein spektakuläres Bild von HH 211 aufgenommen, einem sogenannten bipolaren Gasjet, der sich mit Über¬schall¬geschwindigkeit durch den interstellaren Raum bewegt. Das etwa 1.000 Lichtjahre von der Erde entfernte Objekt im Sternbild Perseus ist einer der jüngsten und nächstgelegenen Gasströme eines Protosterns und damit ein ideales Ziel für das JWST.
Auf diesem Bild des Weltraumteleskops James Webb ist Herbig-Haro 211 (HH 211) zu sehen, ein bipolarer Jet, der sich mit Überschallgeschwindigkeit durch den interstellaren Raum bewegt. Das etwa 1.000 Lichtjahre von der Erde entfernte Objekt im Sternbild Perseus ist einer der jüngsten und nächstgelegenen protostellaren Gasströme, was es zu einem idealen Ziel für das JWST macht. (Foto: © ESA/Webb, NASA, CSA, T. Ray (Dublin Institute for Advanced Studies))
Herbig-Haro-Objekte umgeben neugeborene Sterne und entstehen, wenn Sternwinde oder Gasströme, die von diesen neugeborenen Sternen ausgehen, Stosswellen bilden, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit mit Gas und Staub in der Nähe zusammenstossen.
Eine neue, faszinierende JWST-Aufnahme vom etwa 1000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Perseus domizilierte HH 211 zeigt den Ausstrom eines Protosterns der Klasse 0, eines frühen Gegenstücks zu unserer Sonne, das erst einige zehntausend Jahre alt ist und nur 8 % der Masse der heutigen Sonne hat (es wird irgendwann zu einem sonnenähnlichen Stern heranwachsen). Protosterne haben noch nicht das Stadium der Kernfusion erreicht.
Infrarotaufnahmen sind bei der Untersuchung neugeborener Sterne und ihrer Ausströmungen sehr hilfreich, da solche Sterne immer noch in die Gaswolke eingebettet sind, aus der sie entstanden sind. Die Infrarotstrahlung der Ströme durchdringt das trübende Gas und den Staub und macht ein Herbig-Haro-Objekt wie HH 211 ideal für die Beobachtung mit den empfindlichen Infrarotinstrumenten des JWST. Moleküle, die durch die turbulenten Bedingungen angeregt werden, darunter molekularer Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Siliziummonoxid, emittieren infrarotes Licht, das JWST erfassen kann, um die Struktur der Ausströmungen zu kartieren.
Das Bild zeigt eine Reihe von Bugstosswellen, also durch Gaskollisionen ausgelöste Strahlung, im Südosten und Nordwesten sowie den eingebetteten schmalen bipolaren Jet, der sie antreibt, in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit – eine etwa fünf- bis zehnmal höhere räumliche Auflösung als alle bisherigen Bilder von HH 211. Diese Serie von angeregten Stosswellen deutet auf eine episodenhafte Freisetzung von Gas hin, die in direktem Zusammenhang mit dem Wachstum des Protosterns durch einfallenden Staub und Gas steht.
Der innere Jet „wackelt“ spiegelsymmetrisch auf beiden Seiten des zentralen Protosterns. Dies stimmt mit Beobachtungen auf kleineren Grössenordnungen überein und deutet darauf hin, dass es sich bei dem Protostern tatsächlich um einen unaufgelösten Doppelstern handeln könnte.
„Solche Beobachtungen mit dem JWST liefern nicht nur atemberaubende Bilder. Sie geben uns auch ein Werkzeug in die Hand, mit dem wir die Entwicklung der direkten Vorgänger von Sternen in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit untersuchen können“, sagt Thomas Henning, Direktor des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, Deutschland. „Damit liefern die Beobachtungen unschätzbare Informationen für unser Verständnis der Sternentstehung.“
Frühere Beobachtungen von HH 211 mit bodengebundenen Teleskopen zeigten Gasbewegungen entlang des Ausflusses, indem sie eine Wellenlängenverschiebung der emittierten Strahlung massen.
Nun fand das Team riesige rotverschobene (nordwestlich) und blauverschobene (südöstlich) Bugstosswellen und hohlraumartige Strukturen im Licht des angeregten Wasserstoffs bzw. Kohlenmonoxids sowie einen knotenreichen und schlängelnden doppelseitigen Jet im Licht des Siliziummonoxids.
Mit diesen neuen Beobachtungen mit NIRCam und NIRSpec an Bord des JWST fanden die Forschenden heraus, dass der Gasstrom des Objekts im Vergleich zu ähnlichen, aber weiter entwickelten Protosternen, relativ langsam ist.
Das Team mass die Geschwindigkeit der innersten Jetstrukturen auf etwa 80 bis 100 Kilometer pro Sekunde. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen diesen Abschnitten des Ausflusses und dem vorgelagerten Material, mit dem sie kollidieren – die Geschwindigkeit der Stosswelle – ist jedoch viel geringer.
Sie kamen zu dem Schluss, dass die Ausströmungen der jüngsten Sterne, wie die im Zentrum von HH 211, hauptsächlich aus Molekülen bestehen, da die Stosswellengeschwindigkeiten vergleichsweise niedrig sind und die Energie nicht ausreicht, um die Moleküle in einfachere Atome und Ionen aufzuspalten.
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