Dauer einer Sternengeburt: Einmalige Daten vom Flugzeug-Observatorium SOFIA

Nur so viel war bisher klar: Die Geburt eines Sterns dauert länger als es moderne Menschen auf der Erde gibt. Wie lange genau, das hat jetzt ein Team unter Leitung von Wissenschaftlern der Universität zu Köln mit Hilfe des GREAT-Instruments an Bord der fliegenden Sternwarte SOFIA bestimmt.

Das Flugzeug selbst befand sich kürzlich samt Spezialteleskop zur Wartung bein Lufthansa Technik in Hamburg. SOFIA ist das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt (DLR) und der US-amerikanischen Luft– und Raumfahrtbehörde NASA. Die Forschungsarbeit wurde am 17. November 2014 veröffentlicht.

Sternengeburt deutlich länger

Für ihre Untersuchungen wählten die Wissenschaftler die Sternentstehungsregion IRAS 16293-2422 im Sternbild Ophiuchus, das sich rund 400 Lichtjahre entfernt von der Erde befindet. Das erstaunliche Ergebnis: Mindestens eine Million Jahre dauert die Entstehung von Sternen – sehr viel länger, als die bisherigen Theorien vermuten ließen. Diese Modelle gilt es nun zu überprüfen. "Das Leben, wie wir es kennen, ist eng an die Entstehung von Sternen und Planetensystemen gekoppelt.

Daher ist der genaue Prozess der Sternentstehung auch von fundamentaler Bedeutung, um die Entwicklung von Leben auf der Erde zu erforschen", betont Alois Himmes, SOFIA-Projektleiter des DLR. "SOFIA besitzt mit seinen modernen Instrumenten die besten Voraussetzungen, um in den kommenden Jahren weitere bahnbrechende Erkenntnisse zu liefern."

Für die Altersbestimmung setzten die Wissenschaftler eine neue Methode ein, für die sie Daten des Empfängers GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) auf SOFIA mit solchen des APEX-Teleskops in Chile kombinierten. Als Zeitmesser verwendeten sie dabei verschiedene Formen von Wasserstoff.

Deuterium-Wasserstoffmoleküle als "chemische Uhr"

Konkret beobachtet wurde dazu der Wasserstoff in Form des ortho und para H2D+-Ions. Das Verhältnis dieser beiden Varianten zueinander verändert sich mit zunehmender Zeitdauer der Sternentstehung auf charakteristische Weise. Die Wissenschaftler können die Konzentration der Moleküle also wie eine Art chemischer Uhr lesen.

APEX lieferte die Daten zum ortho-Wasserstoff, GREAT zeichnete die Spektrallinien der para-Wasserstoff-Variante auf. Vor allem letztere sind auf der Erde schwer zu messen, da die Atmosphäre diese Strahlung fast völlig absorbiert: "Der erste eindeutige Nachweis war nur möglich durch die einzigartigen Qualitäten unseres GREAT-Instruments an Bord des Flugzeug-Observatoriums SOFIA", sagt Jürgen Stutzki, dessen Forschungsabteilung an der Universität zu Köln am Bau von GREAT maßgeblich beteiligt war.

Das Bild zeigt eine Aufnahme des Herschel-Weltraumteleskops von einem Sternentstehungsgebiet in ca. 10.000 Lichtjahren Entfernung, im Sternbild Adler. Die Molekülwolke W48 zeigt dabei eine fortschreitende Entwicklung von dunklen Wolken bin hin zu leuchtenden Bereichen (links unten bis Bildmitte), in denen Sternentstehungsprozesse begonnen haben. Solche Geburten konnten mithilfe des GEAT-Instruments auf SOFIA erstmals präzise datiert werden.