Sternentstehungsnebel sind geschäftige Orte. Leider verdecken Gas- und Staubwolken meist das Geschehen. Um den Staub in einer solchen Region zu durchbrechen, nutzte ein Team von Astronomen das Atacama Large Millimeter Array (ALMA). Sie spähten in die Säulen des Carinanebels und untersuchten molekulare Ausflüsse (oder Jets), die von Objekten in dieser berühmten Sternentstehungsregion ausgehen.
Ph.D. Der Student Geovanni Cortes-Rangel vom Instituto de Radioastronomía y Astrophysicica in Mexiko wollte zusammen mit anderen Teammitgliedern aus Mexiko und Japan mehr über die Vorgänge in diesen Säulen erfahren. In diesen Säulen und im sie umgebenden Nebel ist viel los. Einerseits dominiert ein Paar massereicher Sternhaufen die Region. Trumpler 14 und Trumpler 16 enthalten Dutzende heißer junger O-Sterne, die große Mengen ionisierender ultravioletter Strahlung aussenden.
Diese Strahlung umhüllt nahe gelegene Regionen des Nebels und beleuchtet und formt die staubigen Säulen. Dies wiederum hilft dabei, die Anwesenheit von Protosternen, ihren protoplanetaren Scheiben und Jets aufzudecken. Zwischen der Sternentstehungsaktivität und der Photodissoziation der Wolke aufgrund der UV-Strahlung handelt es sich definitiv um eine extreme Umgebung. Aber dank dieser Strahlung können Astronomen die neugeborenen Sterne und Scheiben gezielt ins Visier nehmen, um zu verstehen, was hinter dem Staubschleier passiert.
Aufspüren heller Quellen in den Säulen
Das Ergebnis der Studien des Teams enthüllt die Massen der zirkumstellaren Scheiben um die neu entstehenden Sterne. Sie konnten auch das Ausmaß der damit verbundenen molekularen Ausflüsse oder Jets messen. Das Team kam zu dem Schluss, dass die Quellen dieser Jets Protosterne mit geringer oder mittlerer Masse sind. Während sich junge Sterne bilden, wird einfallendes Material erhitzt und in einem bipolaren Fluss entlang der Rotationsachse des Protosterns ausgestoßen. Die Jets dringen schließlich in das Gas und den Staub der Sterngeburtskrippe ein. Durch die Kollisionen werden Gase in den Nebeln angeregt und zum Leuchten gebracht. Diese Jets bewegen sich sehr schnell, bis zu Hunderttausende Kilometer pro Stunde.
Astronomen bezeichnen die mit den Protosternen verbundenen angeregten Gas- und Staubwolken als Herbig-Haro-Objekte. Dabei handelt es sich um helle Nebel in größeren Nebeln, die dank dieser neugeborenen Sterne entstehen. Sie sind nach George Herbig und Guillermo Haro benannt, die sie als Erste eingehend untersucht haben. Im Wesentlichen sind sie Teil des Sternentstehungsprozesses.
Die Babysterne in den Carina-Säulen tauchten bei anderen Infrarot- und Submillimetermessungen des Gebiets auf. In einigen Fällen sind mehrere vermutete Protosterne mit zusätzlicher Jet-Aktivität verbunden. Alles in allem scheint diese Sternentstehungsregion ein geschäftiger Ort zu sein, voller neugeborener Sterne, die in den Gas- und Staubwolken verborgen sind. Cortes-Rangel und seine Mitarbeiter untersuchten sechs Carina-Säulen im Detail und untersuchten dabei Quellen, die mit den eingebetteten Herbig-Haro-Objekten in Verbindung stehen. Ihre Ergebnisse waren Gesendet zum arXiv Preprint-Server.
Herbig-Haro-Objekte in Carina verstehen
In den ALMA-Daten fand das Team mehrere kompakte Quellen, die Strahlung im Millimeterwellenbereich aussenden. Es handelt sich um die Herbig-Haro-Objekte HH 666, HH 1004, HH 1006, HH 1010 und HH 1066. Sie entdeckten auch mit den Objekten verbundene Kohlenmonoxidausflüsse. Die Action dieser HH-Objekte ist ziemlich intensiv. Beispielsweise erstrecken sich die Jets von HH 666 über eine Entfernung von mindestens 10 Lichtjahren von der Quelle. Die Jets selbst erscheinen verdreht und erzeugen große Bugschocks, wenn sie in den umgebenden Nebel einschlagen.
HH 666 ist wahrscheinlich das bekannteste dieser Objekte. Es ist ziemlich bekannt und wurde im sichtbaren und infraroten Licht sowie bei Millimeterwellenlängen beobachtet. Es enthält einen Protostern, der wahrscheinlich die Quelle des ausgedehnten optischen Strahls ist. Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops mit der Advanced Camera for Surveys enthüllten das Ausmaß des Jets und zeigten, was sich in seiner Heimatsäule verbirgt.
Warum Abflüsse in den Säulen untersuchen?
Die Idee hinter dieser Reihe von Beobachtungen (die darauf aufbaut vorherige Arbeit von Cortes-Rangel und anderen) besteht darin, die komplexen Aktivitäten innerhalb der Säulen zu verstehen. Aus diesem Grund machte sich das Team daran, ALMA zu nutzen, um die HH-Objekte, ihre „aufregenden Quellen“ (d. h. Jets) und ihre zirkumstellaren Scheiben zu enthüllen. Die Daten gaben ihnen einen Einblick in die physikalischen Bedingungen innerhalb der Säulen und ließen sie sehen, wie sich die raue Strahlungsumgebung auf die Entwicklung der Babysterne und ihrer möglichen Planetenkindergärten auswirkt.
Die Ausflüsse der jungen Sterne selbst erzeugen Hohlräume in den Säulen. Aufgrund dieser und anderer Beobachtungen schätzt das Team, dass diese Photoverdampfungsaktion die Säulen in nur 100.000 bis einer Million Jahren zerstören könnte. Sobald die Säulen verschwunden sind, wären die zirkumstellaren Scheiben um neu entstehende Sterne im Inneren der Strahlung der Trumpler-Haufen ausgesetzt. Sie würden sich höchstwahrscheinlich in relativ kurzer Zeit in protoplanetare Scheiben (wie sie im Orion zu sehen sind) verwandeln, wenn die Strahlung sie formt.
Das Herbig-Haro-Objekt 666 in einer der Carina-Säulen zeigt eine sichtbare Licht- und Infrarotansicht eines Jets, der von einem Protostern ausgeht, der von Gas und Staub verdeckt wird. NASA, ESA, G. Bacon (STScI)
Was ist mit der Planetenentstehung?
Da sich Planeten in zirkumstellaren Scheiben und protoplanetaren Scheiben um Sterne bilden, stellt sich eine weitere Frage: Wie würde sich diese Umgebung auf die Planetenbildung auswirken? Cortes-Rangels Team untersuchte auch Möglichkeiten für die Planetenentstehung innerhalb dieser gezielten Sternentstehungszentren.
Sie fanden heraus, dass in der Umgebung der Säulen eine Planetenbildung möglich sein könnte. Das liegt daran, dass selbst unter Berücksichtigung der Photoverdampfung von Scheiben um neu entstehende Sterne möglicherweise genug Staubmasse übrig bleibt, um Planeten zu bilden. Sie errechneten Werte zwischen 0,01 und 0,7 Sonnenmassen an übrig gebliebenem Material. Das ist gerade genug Material und das Team geht davon aus, dass sich in der Region möglicherweise Planeten gebildet haben oder gerade dabei sind, sich zu bilden. Zukünftige Beobachtungen könnten möglicherweise weitere Beweise für diese Säuglingswelten finden.
Diese Messungen bieten einen Leitfaden für die Untersuchung anderer geschäftiger Sternentstehungsregionen in der Galaxie mithilfe von Millimeterwellenlängenmessungen. ALMA ist perfekt positioniert, um die Gas- und Staubwolken zu „durchschneiden“, die mit der Sternentstehung einhergehen. Wie diese Studie zeigt, können Astronomen damit auch die physikalischen Bedingungen, die mit der Entstehung neuer Sterne und Planeten einhergehen, stärker einschränken.
Mehr Informationen:
Geovanni Cortes-Rangel et al, ALMA Observations of the Extraordinary Carina Pillars: A Complementary Sample, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2310.10801