Ein Team von Astronom*innen unter Kölner Beteiligung hat die detailliertesten Bilder aufgenommen, die jemals von einem Jet eines jungen Sterns gemacht wurden. Als Jet bezeichnet man in der Astronomie einen schmalen, schnellen Strom aus Teilchen und Energie, der von extremen Himmelsobjekten wie Schwarzen Löchern oder jungen Sternen ins All geschleudert wird. Die neuesten Bilder zeigen eine Reihe filigraner, ringförmiger Strukturen, die heftige Energieausbrüche während der frühen Lebensphase des Sterns dokumentieren. Mit den vorliegenden Erkenntnissen bestätigen die Forschenden ein Jahrzehnte altes theoretisches Modell. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Astronomy unter dem Titel „Bowshocks driven by the pole-on molecular jet of outbursting protostar SVS 13“ veröffentlicht.
Das Team, das für seine Messungen das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) nutzte, konzentrierte sich auf einen sich schnell bewegenden Jet, der aus SVS 13, einem etwa 1.000 Lichtjahre von der Erde entfernten Doppelsternsystem, austritt. Die Forschenden nahmen hochauflösende Bilder auf, die Hunderte von ineinander verschachtelten Molekülringen zeigen. Jede Gruppe von Ringen zeichnet die Folgen eines energiereichen Ausbruchs während der Entstehungsphase des Sterns nach.
Die Ergebnisse liefern die erste direkte Bestätigung eines drei Jahrzehnte alten Modells dieser Jets und ermöglichen – wie Jahresringe bei Bäumen – die Rekonstruktion der chronologischen Vorgänge der Sternentstehung. Sie zeigen, wie sich Sterne bei ihrer Entstehung von umgebendem Material ‚ernähren‘ und dieses dann explosionsartig ausstoßen.
Gary Fuller, Professor für Astrophysik an der Universität Manchester und als Mitglied der Global Faculty der Universität zu Köln auch Projektleiter in dem neuen Exzellenzcluster Dynaverse, ist Mitautor der Veröffentlichung und leitender Forscher des britischen ALMA Regional Centre Node, das britische Astronom*innen bei der Nutzung des ALMA-Observatoriums unterstützt. Er sagt: „ALMA hat uns eine Präzision ermöglicht, die wir zuvor nie erreichen konnten. Diese Bilder bieten uns eine völlig neue Möglichkeit, die Geschichte eines jungen Sterns zu lesen. Jede Gruppe von Ringen ist praktisch ein Zeitstempel einer vergangenen Eruption. Das gibt uns wichtige neue Einblicke in das Wachstum junger Sterne und die Entstehung ihrer Planetensysteme.“
Sterne wie die Sonne entstehen tief im Inneren dichter Gas- und Staubwolken. In ihren frühesten Stadien durchlaufen sie energiereiche Ausbrüche, die das Material um sie herum erhitzen und aufwirbeln. Gleichzeitig stoßen sie schnelle, eng gebündelte Gasstrahlen aus, die eine entscheidende Rolle dabei spielen, wie der Stern Materie ansammelt und wie sich seine umgebende Scheibe – in der sich schließlich zukünftige Planeten bilden – entwickelt.
Das Team identifizierte mehr als 400 einzelne Ringe im Jet von SVS 13 und zeigte, wie sich dessen Form und Geschwindigkeit im Laufe der Zeit verändern. Anhand dieser Daten rekonstruierten die Forschenden die 3D-Struktur des Jets in bisher unerreichter Detailgenauigkeit – eine Technik, die sie als „kosmische Tomographie“ bezeichnen.
Sie fanden heraus, dass der jüngste Ring mit einem hellen Ausbruch übereinstimmt, der Anfang der 1990er Jahre im SVS 13-System beobachtet wurde. Dies ist das erste Mal, dass Astronom*innen einen bestimmten Aktivitätsausbruch in einem sich bildenden Stern direkt mit einer Änderung der Geschwindigkeit seines Jets in Verbindung bringen konnten.
An dem Projekt waren Forscher aus 16 Institutionen in acht Ländern beteiligt. Es wurde vom Institut für Astrophysik von Andalusien (IAA-CSIC) in Spanien geleitet. Die neuen ALMA-Beobachtungen sind Teil eines langjährigen Projekts zum Verständnis der Entstehung von Sternen und Planeten, das auf früheren Arbeiten des Very Large Array (VLA) der US-amerikanischen National Science Foundation aufbaut, das erstmals die Jets von SVS 13 entdeckt hatte.
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