Mit Hilfe des neuen LUCI-1-Instruments am größten Teleskop der Welt, dem Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona, haben Astronomen deutscher Institute erstmals entdeckt, dass die massereichen Sterne in der galaktischen Sternentstehungsregion W3Main nicht gleichzeitig geboren wurden. Diese Entdeckung hat wichtige Konsequenzen für unser generelles Verständnis des Sternentstehungsprozesses und stellt das bisherige einfache Bild in Frage, nachdem sich solche Sterngruppen in einem einzigen Ereignis bilden. Während der letzten Jahre gab es immer mehr Hinweise darauf, dass dieser Prozess in den meisten Fällen offenbar komplexer abläuft. Dank der aktuellen Beobachtungen wissen wir nun, dass Sterne sich nacheinander über einen Zeitraum von mehreren Millionen Jahren bilden können.
Massereiche Sterne – also Sterne mit 10 bis 100 Sonnenmassen – bilden sich immer zusammen in Gruppen oder Haufen innerhalb von dichten Wolken aus Gas und Staub – so genannten Molekülwolken. Ein Beispiel einer solchen Umgebung in unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, ist W3Main in einer Entfernung von 6000 Lichtjahren. W3Main ist Teil einer größeren Sternentstehungsregion im nördlichen Sternbild Kassiopeia. Die Annahme, dass alle Sterne in solchen Gebieten gleichzeitig entstehen, ist seit langem in Frage gestellt. Vielmehr ist denkbar, dass eine zuerst entstandene Generation von Sternen die Bildung einer späteren Generation erst bewirkt oder zumindest beeinflusst. Der einzige Weg, die tatsächliche Geschichte und den Zeitraum der Sternentstehung zu bestimmen, besteht darin, das genaue Alter der Sterne zu messen.
Die Dunkelheit durchdringen – das Unsichtbare sichtbar machen
Solche Beobachtungen sind eine Herausforderung, weil sich massereiche Sterne tief eingebettet in Molekülwolken bilden und deshalb versteckt sind hinter einem dichten und scheinbar undurchdringlichen Vorhang aus Gas und Staub. Dies macht ihre Geburt und die Frühphasen ihres Lebens unbeobachtbar für Teleskope, die im sichtbaren Licht arbeiten. Glücklicherweise kann man mit Beobachtungen bei längeren Wellenlängen im Nahinfrarot durch den Staub hindurch sehen und die versteckten Sterne beobachten.
Das neue LUCI-1 Instrument am LBT – ein Vielzweckinstrument für Spektren und Bilder im Nahinfrarot – ist perfekt geeignet um solche jungen und kürzlich entstandenen massereichen Sterne zu studieren und deren Alter zu messen.
Zum Vergleich zeigt Abb. 1 das LUCI-1 Bild von W3Main im Nahinfrarot (oben links) und ein Bild im sichtbaren Licht (oben rechts). Während das normale Bild nur wenige Sterne zeigt, enthüllt das LUCI-1 Bild eine reiche Gruppe junger Sterne.
LUCI-1 Spektren – Fingerabdrücke der Sterne
Bilder liefern jedoch nur Informationen zu den Helligkeiten und Farben der Sterne und sind deshalb nur begrenzt nützlich, um genaue stellare Eigenschaften zu ermitteln. Spektren hingegen sind wie Fingerabdrücke und erlauben eine viel bessere Charakterisierung. Dort wird das Licht wie bei einem Regenbogen in seine individuellen Farben (Wellenlängen) zerlegt und es zeigen sich dabei eine Menge Spektrallinien die Aufschluss über den chemischen und physikalischen Zustand geben. Dies erlaubt die Bestimmung ihres Spektraltyps und damit eine genaue Messung der Leuchtkraft und Temperatur. Daraus wiederum kann im Vergleich mit Sternentwicklungsmodellen das Alter präzise bestimmt werden.
Spektren von einer repräsentativen Zahl der fernen und damit lichtschwachen Sterne in W3Main zu erhalten erfordert jedoch lange Beobachtungszeiten, um die notwendige Menge an Licht zu sammeln – auch mit den größten Teleskopen.
Doch jetzt gelang es einer Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Dr. Arjan Bik vom Max-Planck Institut für Astronomie in Heidelberg, hochqualitative Spektren von 16 der massereichsten Sterne in W3Main gleichzeitig zu messen (vgl. Abb. 2).
Dies war möglich durch die Verwendung des Multi-Objekt-Spektroskopie-Modus (MOS) von LUCI-1 am LBT.
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Fotos: MPI-Heidelberg
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