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Wie formten sich die ersten Sterne?

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Sternenbildung ist eines der grundlegendsten Phänomene im Universum. In den Sternen wird ursprüngliches Material vom Urknall in schwerere Elemente umgewandelt, die wir heute beobachten. In den ausgedehnten Atmosphären bestimmter Arten von Sternen, verbinden sich diese Elemente zu komplexeren Systemen, wie Molekülen und Staubkörnern, den Bausteinen neuer Planeten, Sterne und Galaxien und, letztendlich, für das Leben.

Gewaltige Sternentstehungsprozesse lassen, ansonsten schwache Galaxien, in der Dunkelheit des Weltraums erstrahlen und machen sie dadurch aus großer Entfernung beobachtbar.

Sternbildung beginnt mit dem Kollaps der dichtesten Teile einer interstellaren Wolke, Gebieten die durch vergleichbar hohe Konzentrationen von molekularem Gas und Staub gekennzeichnet sind, wie der Orion Nebel sowie die zentralen Regionen von Galaxien. Weil dieses Gas und der Staub Produkte früherer Sternbildung sind, muss es eine frühere Epoche gegeben haben, als sie noch nicht existierten.

Aber wie haben sich die ersten Sterne dann geformt? In der Tat ist es eine große Herausforderung in der modernen Astrophysik, die "ursprüngliche Sternbildung" ohne molekulare Gas- und Staubpartikel, zu beschreiben.

Eine spezielle Klasse von relativ kleinen Galaxien, bekannt als "Blaue Zwerggalaxien", liefern eventuell nahe und aktuelle Beispiele dafür was vielleicht im frühen Universum, während der Bildung der ersten Sterne passiert ist. Diese Galaxien sind arm an Staub und schwereren Elementen. Sie beinhalten interstellare Wolken die, in einigen Fällen, denen sehr ähnlich zu sein scheinen, aus denen sich die ersten Sterne bildeten. Und trotz dem Mangel an Staub und molekularem Gas, die die grundlegenden Zutaten für Sternbildung darstellen, wie wir sie in unserer Milchstraße kennen, beherbergen diese blauen Zwerggalaxien sehr aktive Sternbildungs-Regionen. Folglich erhoffen wir uns durch die Untersuchung dieser Gebiete, besser zu verstehen, wie der Prozess der Sternbildung im frühen Universum abgelaufen ist.

Sehr aktive Sternbildung in NGC 5253

NGC 5253 ist eine der am nächsten bekannten blauen Zwerggalaxien; sie befindet sich in etwa 11 Millionen Lichtjahren Entfernung in Richtung der südlichen Konstellation Zentaur. Vor einiger Zeit hat eine Gruppe von europäischen Astronomen entschieden einen näheren Blick auf dieses Objekt zu werfen, und Sternbildungsprozesse in der, der Frühzeit ähnlichen, Umgebung dieser Galaxie zu untersuchen.

Sicherlich, NGC 5253 beinhaltet ein wenig Staub und schwerere Elemente, aber wesentlich weniger als unsere eigene Galaxie. Sie ist jedoch eine extrem aktive Region intensiver Sternentstehung, eine üppige "Starburst Galaxy" im astronomischen Sinne, und ein erstklassiges Objekt um Sternentstehung in großen Maßstäben zu untersuchen.

ESO PR Photo 31a/04 erlaubt einen eindrucksvollen Ausblick auf NGC 5253. Dieses Bild wurde mit dem 8.2-Meter VLT Teleskop aufgenommen.

Die hohe Qualität des VLT ermöglichte es dieses sehr detaillierte Bild im nahen Infrarot aufzunehmen (cf. PR Photo 31b/04).

Eine große Staublinie ist an der westlichen (rechten) Seite der Galaxie sichtbar. Staubflecken sind allerdings überall in der Galaxie zu sehen, ebenso wie eine große Anzahl farbenfroher Sterne und stellarer Cluster. Die unterschiedlichen Farbschattierungen sind bezeichnend für das Alter der Objekte sowie den Grad der Abdunklung durch interstellaren Staub. Die Bilder im nahen Infrarot durchdringen den Staub viel besser als optische HST Bilder, und einige tiefer eingebettete Objekte werden so erst sichtbar.

Durch Messungen der Größe und infraroten Helligkeit jedes dieser "versteckten" Objekte, waren die Astronomen in der Lage stellare Cluster von Sternen zu unterscheiden; sie zählten nicht weniger als 115 Cluster. Es war ebenfalls möglich ihr Alter herzuleiten - etwa 50 von ihnen sind sehr jung aus astronomischer Sicht, weniger als 20 Millionen Jahre. Die Verteilung der Massen der Cluster Sterne gleicht der, die in Clustern anderer "Starburst" Galaxien beobachtet werden, wobei allerdings eine große Anzahl junger Cluster und Sterne, in einer so kleinen Galaxie wie NGC 5232, sehr außergewöhnlich ist.

Bilder des VLT bei einer längeren Wellenlänge, lassen die Galaxie ganz anders aussehen (cf. ESO PR Photo 31c/04). Es zeigen sich dann nicht länger so viele Quellen und es dominiert ein einziges, helles Objekt. Die Astronomen fanden heraus, dass dieses helle Objekt im infraroten Bereich soviel Energie ausstrahlt, wie die gesamte Galaxie im optischen Bereich. Der Betrag abgestrahlter Energie bei verschiedenen Wellenlängen zeigt, dass es sich um einen jungen (einige Millionen Jahre), sehr massiven (mehr als eine Millionen Sonnemassen) stellaren Cluster handelt, der in eine dichte und schwere Staubwolke (mehr als 100.000 Sonnenmassen Staub; die Emissionen im Bild PR Photo 31c/04 stammen von diesem Staub) eingebettet ist.

Ein Blick hin zu den Anfängen

Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Galaxie, so klein wie NGC 5253, fast 100 Mal kleiner als die Milchstraße, Hunderte kompakter stellarer Cluster hervorbringen kann. Der jüngste dieser Cluster ist noch immer tief in seine Geburtswolke eingebettet, zeigt sich aber durch Beobachtungen im infraroten Bereich, als sehr helles Objekt.

Der größte dieser Cluster enthält etwa eine Millionen Sonnemassen und strahlt so hell, wie bis zu 5000 große, helle Sterne. Er ist vielleicht den Vorgängern der alten Kugelsternhaufen des frühen Universums sehr ähnlich, die wir heute in großen Galaxien wie der Milchstraße beobachten können. In diesem Sinn erlaubt uns NGC 5253 einen direkten Ausblick auf unsere eigenen Anfänge.

Quelle: ESO

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