MPE Pressemeldung

Molekularer Ausfluss startet außerhalb der Scheibe um einen jungen Stern

11. Juli 2017

Zum ersten Mal hat ein internationales Team von Astronomen unter Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) einen molekularen Ausfluss beobachtet, der außerhalb der Scheibe um einen jungen Stern gestartet wird. Gasausflüsse entfernen überschüssigen Drehimpuls aus dem System und es wurde vorgeschlagen, dass diese Winde aus einer breiten Region in der protoplanetaren Scheibe gestartet werden sollten. Die jüngsten Beobachtungen zeigen nun, dass die Ausflüsse asymmetrisch sind und außerhalb des Randes der Scheibe starten, an der Position, an der einfallendes Material auftrifft.

<p>Optisches Bild des dichten Kernes Barnard 59 mit dem MPG/ESO 2.2m Teleskop. Das junge Sternobjekt BHB07-11 ist im Bild nicht zu sehen, da es in der dichten Gas- und Staubwolke für versteckt ist. Radiowellen können das Material jedoch durchdringen.</p> Bild vergrößern

Optisches Bild des dichten Kernes Barnard 59 mit dem MPG/ESO 2.2m Teleskop. Das junge Sternobjekt BHB07-11 ist im Bild nicht zu sehen, da es in der dichten Gas- und Staubwolke für versteckt ist. Radiowellen können das Material jedoch durchdringen.

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Ein lange bekanntes Problem bei der Sternentstehung besteht darin, den Überschuss an Drehimpuls loszuwerden, der durch das einfallende Material in die molekulare Wolke eingebracht wird, in der ein junger Stern geboren wird. Im klassischen Bild wird der Drehimpuls sowohl durch einen stellaren Wind nahe des neu gebildeten Sternes als auch durch einen Scheibenwind aus einer weiten Region in der protoplanetaren Scheibe aus dem System entfernt. Die genaue Position, von der aus solche Scheibenwinde gestartet werden, ist jedoch unbekannt.

Junge Stellare Objekte (YSOs, engl. young stellar objects) mit niedrigen Massen, die Vorläufer von sonnenähnlichen Sternen, haben eine prominente Scheibe rund um den Protostern, die wiederum von einer dünnen Hülle umgeben ist. Die Struktur und die Kinematik der Umgebung solcher jungen Sterne können durch Radiostrahlung untersucht werden, da der Staub in Scheibe und Hülle in diesem Bereich thermische Strahlung aussendet und Rotationsübergänge einiger einfacher Moleküle, wie zum Beispiel CO, Rückschlüsse auf die Bewegung des molekularen Gases zulassen. Ein internationales Team von Astronomen, angeführt vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE), nutzte nun das ALMA-Radioteleskop, um das in den dichten Kern Barnard 59 im Pfeifennebel eingebettete junge Sternobjekt BHB07-11 zu untersuchen.

<p>Dieses mit ALMA aufgenommene Radiobild zeigt die Intensität der Kontinuumsemission des Staubes in BHB07-11. Der Kontrast zwischen der Scheibe und der Hülle mit Spiralstrukturen ist deutlich sichtbar.</p> Bild vergrößern

Dieses mit ALMA aufgenommene Radiobild zeigt die Intensität der Kontinuumsemission des Staubes in BHB07-11. Der Kontrast zwischen der Scheibe und der Hülle mit Spiralstrukturen ist deutlich sichtbar.

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„Unsere Messung der Kontinuumsemission zeigen einen noch nie da gewesenen Blick auf die Staubverteilung rund um den jungen Stern“, betont Felipe O. Alves von MPE, Hauptautor der zugehörigen Veröffentlichung. „Wir konnten einen erhöhten Helligkeitskontrast zwischen der Scheibe rund um dem Stern und dem umliegenden dünnen Material erreichen – wir sehen sogar Spiralstrukturen.“

Noch eindrucksvoller sind jedoch die Beobachtungen der Moleküllinien: Sie zeigen einen bipolaren Ausfluss, der an symmetrischen Positionen in Bezug auf die Scheibe in ziemlich großer Entfernung vom Zentrum gestartet wird. Dies ist das erste Mal, dass das Ausflussmaterial beobachtet wird, das nicht von der Scheibe selbst abfließt sondern außerhalb von deren Rand.

Der große Abstand der Startposition fällt mit dem Auftreffpunkt des einfallenden Materials aus der umgebenden Wolke zusammen, das mittels der Spektrallinien von Formaldehyd (H2CO) identifiziert werden konnte. „Moleküle sind wertvolle Werkzeuge, um selektiv verschiedene Bereiche der komplexen Regionen, in denen sonnenähnliche Sterne geboren werden, zu untersuchen. Sie enthüllen wichtige physikalische Prozesse“, sagt Paola Caselli, Co-Autorin der wissenschaftlichen Veröffentlichung.

<p>In diesem Bild sind Beobachtungen der CO-Moleküllinien der Staubemission überlagert. Die Strahlung der Moleküle wird ein wenig zu längeren oder kürzeren Wellenlängen verschoben, da sich das Material in Bezug auf den Beobachter bewegt. Das Bild auf der linken Seite zeigt Material, das sich auf uns zubewegt (blauer Flügel), während das Bild rechts die Bewegung von uns weg zeigt (roter Flügel). Die Anfangspunkte befinden sich am Rand der Scheibe und die Abflüsse sind asymmetrisch.</p> Bild vergrößern

In diesem Bild sind Beobachtungen der CO-Moleküllinien der Staubemission überlagert. Die Strahlung der Moleküle wird ein wenig zu längeren oder kürzeren Wellenlängen verschoben, da sich das Material in Bezug auf den Beobachter bewegt. Das Bild auf der linken Seite zeigt Material, das sich auf uns zubewegt (blauer Flügel), während das Bild rechts die Bewegung von uns weg zeigt (roter Flügel). Die Anfangspunkte befinden sich am Rand der Scheibe und die Abflüsse sind asymmetrisch.

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Modelle sagen voraus, dass die Magnetfeldlinien am Auftreffpunkt stark zusammengezogen werden, da sie vom einfallenden Gas aus der inneren Hülle „mitgeschleppt“ werden. Das daraus resultierende erhöhte Magnetfeld ermöglicht Ausflüsse, die in einem schmalen Bereich außerhalb des Scheibenrandes effizient durch einen kombinierten magnetisch-zentrifugalen Mechanismus ausgestoßen werden.

Die enge Verbindung zwischen dem ein- und ausströmenden Gas wird auch durch die Asymmetrie unterstützt, die in beiden Beobachtungen nachgewiesen wurde. „Die hochauflösenden Daten erlauben es uns, einen scharfen Übergang in der Gaskinematik der Spiralstruktur zu identifizieren. Dieser bezeichnet die Lage der sogenannten Zentrifugalbarriere, an der das Gas in der Scheibe landet und nur eine Rotationsbewegung übrig bleibt“, sagt Alves. Dieser Auftreffpunkt des einfallenden Gases auf die Scheibe ist asymmetrisch; daher sollten auch die bipolaren Abflüsse asymmetrisch sein - im Gegensatz zum klassischen Bild eines Scheibenwindes.