Die erste Entdeckung ihrer Art in eindrucksvollem neuen Webb-Bild

Originalveröffentlichung am 20.06.2024 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases

Zusammenfassung: Ausrichtung von bipolaren Jets bestätigt Theorien zur Sternentstehung

Einige der größten und interessantesten astronomischen Entdeckungen sind für die Forscher als Überraschung daher gekommen, erst recht, als sie selbst die am besten untersuchten Bereiche des Himmels untersuchten.

Oft sind es neue Technologien oder eine zufällige Wahl der Beobachtungszeit, die zu solchen Entdeckungen führen. In einer neuen Studie des Serpens-Nebels (Schlangennebel) mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA ist beides der Fall.

In einer Region des Nebels hat Webb die zuvor verschwommenen Flecken in klare protostellare Ausströmungen aufge-löst. Und zur großen Überraschung der Forscher sind diese Ausströmungen ausgerichtet, was darauf hindeutet, daß wir diese Region in einem einzigartigen Moment ihrer Geschichte eingefangen haben und Informationen über die Grundlagen der Sternentstehung liefern.

Zum ersten Mal ist von der Nahinfrarotkamera (NIRCam) des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA ein Phänomen aufgenommen, das Astronomen schon lange direkt abbilden wollten. Auf diesem atemberaubenden Bild des Schlangen-nebels liegt die Entdeckung im nördlichen Bereich (oben links zu sehen) dieser jungen, nahe gelegenen Sternentstehungs-region.

Astronomen entdeckten eine faszinierende Gruppe protostellarer Ausströmungen, die entstehen, wenn Gasjets, die aus neugeborenen Sternen austreten, mit hoher Geschwindigkeit mit Gas und Staub in der Nähe zusammenstoßen. Normaler-weise haben diese Objekte unterschiedliche Ausrichtungen innerhalb einer Region. Hier jedoch sind sie in die gleiche Richtung geneigt, und zwar in gleichem Maße wie Schneeregen, der während eines Sturms niedergeht.

Die Entdeckung dieser ausgerichteten Objekte, ermöglicht durch die ausgezeichnete räumliche Auflösung und die Empfindlichkeit von Webb im nahen Infrarot, liefert Informationen über die Grundlagen der Sternentstehung.

“Astronomen gehen seit langem davon aus, daß sich die Sterne in die gleiche Richtung drehen, wenn die Wolken kollabieren, um Sterne zu bilden”, sagte Projektleiter Klaus Pontoppidan vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien. “Dies wurde jedoch bisher noch nicht so direkt beobachtet. Diese ausgerichteten, länglichen Strukturen sind eine historische Aufzeichnung der grundlegenden Art und Weise, wie Sterne geboren werden.”

Wie hängt nun die Ausrichtung der stellaren Jets mit der Rotation des Sterns zusammen? Wenn eine interstellare Gas-wolke in sich zusammenfällt und einen Stern bildet, dreht sie sich immer schneller. Die einzige Möglichkeit für das Gas, sich weiter nach innen zu bewegen, besteht darin, daß ein Teil des Spins (auch als Drehimpuls bezeichnet) entfernt wird. Um den jungen Stern bildet sich eine Materiescheibe, die das Material in Richtung Stern transportiert, wie ein Strudel Wasser in einen Abfluß. Durch die wirbelnden Magnetfelder in der inneren Scheibe wird ein Teil des Materials in zwei Jets geleitet, die in entgegengesetzte Richtungen, senkrecht zur Materialscheibe, nach außen schießen.

Auf dem Webb-Bild sind diese Jets durch helle, rot erscheinende, klumpige Streifen gekennzeichnet, bei denen es sich um Schockwellen des Jets handelt, die auf umliegendes Gas und Staub treffen. Hier steht die rote Farbe für die Anwesenheit von molekularem Wasserstoff und Kohlenmonoxid.

“Dieser Bereich des Schlangennebels – Serpens Nord – wird erst durch Webb deutlich sichtbar”, sagt Hauptautor Joel Green vom Space Telescope Science Institute in Baltimore. “Wir sind jetzt in der Lage, diese extrem jungen Sterne und ihre Ausströmungen zu erfassen, von denen einige zuvor nur als Kleckse erschienen oder wegen des dichten Staubs, der sie umgibt, bei optischen Wellenlängen völlig unsichtbar waren.”

Laut Astronomen gibt es einige Kräfte, die die Richtung der Ausströmungen während dieser Lebensphase eines jungen Sterns verändern können. Eine Möglichkeit besteht darin, daß sich Doppelsterne umeinander drehen und in ihrer Aus-richtung wackeln, wodurch die Richtung der Ausströmungen mit der Zeit verdreht wird.

Sterne der Schlange

Der Schlangennebel, der 1.300 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, ist nur eine oder zwei Millionen Jahre alt, was für kosmische Verhältnisse sehr jung ist. Er beherbergt auch einen besonders dichten Haufen neu entstehender Sterne (~100.000 Jahre alt), der in der Mitte dieses Bildes zu sehen ist. Einige dieser Sterne werden irgendwann die Masse unserer Sonne erreichen.

“Webb ist eine Maschine, die junge stellare Objekte aufspürt”, sagte Green. “In diesem Feld finden wir Wegweiser zu jedem einzelnen jungen Stern, bis hin zu den Sternen mit der geringsten Masse.”

“Es ist ein nahezu vollständiges Bild, das wir jetzt sehen”, fügte Pontoppidan hinzu.

In der gesamten Region auf diesem Bild stellen Filamente und Strähnen in verschiedenen Farbtönen das reflektierte Sternenlicht von sich noch bildenden Protosternen innerhalb der Wolke dar. In einigen Bereichen befindet sich Staub vor dieser Reflexion, der hier in einem orangefarbenen, diffusen Farbton erscheint.

In dieser Region wurden bereits andere zufällige Entdeckungen gemacht, darunter der flatternde “Fledermausschatten”, der seinen Namen erhielt, als Daten des Hubble-Weltraumteleskops der NASA aus dem Jahr 2020 zeigten, daß die planetenbildende Scheibe eines Sterns flattert oder sich verschiebt. Dieses Gebilde ist in der Mitte des Webb-Bildes zu sehen.

Zukünftige Untersuchungen

Das neue Bild und die glückliche Entdeckung der ausgerichteten Objekte sind eigentlich nur der erste Schritt in diesem wissenschaftlichen Programm. Das Team wird nun Webb’s NIRSpec (Nahinfrarot-Spektrograph) einsetzen, um die chemische Zusammensetzung der Wolke zu untersuchen.

Die Astronomen wollen herausfinden, wie flüchtige Chemikalien die Entstehung von Sternen und Planeten überleben. Flüchtige Stoffe sind Verbindungen, die bei einer relativ niedrigen Temperatur sublimieren, also vom festen direkt in den gasförmigen Zustand übergehen – so etwa Wasser und Kohlenmonoxid. Die Forscher werden im Anschluß ihre Ergebnisse mit den Mengen an Chemikalien vergleichen, die in protoplanetaren Scheiben von Sternen ähnlichen Typs gefunden wurden.

“Im Grunde genommen sind wir alle aus Materie gemacht, die von diesen flüchtigen Stoffen gekommen ist. Der größte Teil des Wassers auf der Erde stammte aus einer Zeit, als die Sonne vor Milliarden von Jahren noch ein kleiner Protostern war”, so Pontoppidan. “Wenn wir uns die Häufigkeit dieser kritischen Verbindungen in Protosternen ansehen, kurz bevor sich ihre protoplanetaren Scheiben gebildet haben, könnte uns das helfen zu verstehen, wie einzigartig die Umstände waren, unter denen sich unser eigenes Sonnensystem gebildet hat.”

Diese Beobachtungen wurden im Zuge des General Observer program 1611 durchgeführt. Die ersten Ergebnisse des Teams sind zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen worden.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumorganisa-tion).

Die Schlange (NIRCam)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Schlangennebel, HBC 672, [EC 92] 82
• Objektbeschreibung: Reflexionsnebel und Sternentstehungsgebiet
• Rektaszension: 18:29:56.91
• Deklination: +01:14:45:77
• Sternbild: Serpens
• Entfernung: 1.300 Lichtjahre
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 6,3 Bogenminuten (etwa 1,8 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: NIRCam
• Filter: F140M, F210M, F360M, F480M
• Bild
• Farbinformation: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um mittlere Wellenlängenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-) Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F140M Cyan: F210M Orange: F360M Rot: 480M

Über das Bild: Auf diesem Bild des Schlangennebels, das von der Nahinfrarotkamera (NIRCam) am James Webb-Welt-raumteleskop der NASA aufgenommen wurde, fanden die Astronomen in einer kleinen Region (in der oberen linken Ecke) eine Gruppierung von ausgerichteten protostellaren Ausströmungen. Auf dem Webb-Bild sind diese Jets durch helle, rot erscheinende, klumpige Streifen zu erkennen, bei denen es sich um Schockwellen des Jets handelt, die auf umliegendes Gas und Staub treffen.

Der Schlangennebel, der 1.300 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, beherbergt einen besonders dichten Haufen sich neu bildender Sterne (~100.000 Jahre alt), von denen einige schließlich die Masse unserer Sonne erreichen werden.

In dieser Region wurden bereits andere zufällige Entdeckungen gemacht, darunter der flatternde “Fledermausschatten”, der seinen Namen erhielt, als Daten des Hubble-Weltraumteleskops der NASA aus dem Jahr 2020 zeigten, daß die planetenbildende Scheibe eines Sterns flattert oder sich verschiebt. Dieses Gebilde ist in der Mitte des Webb-Bildes zu sehen.

Rechts vom “Fledermausschatten” befindet sich ein weiteres faszinierendes Merkmal – ein augenförmiger Spalt, der aus-sieht, als ob ein Stern hindurchbricht. Die Astronomen sagen allerdings, daß der Schein trügen könnte. Es könnten ledig-lich Gase unterschiedlicher Dichte sein, die übereinander geschichtet sind, ähnlich wie bei den berühmten Säulen der Schöpfung.

Rechts davon könnte ein extrem dunkler Fleck eine ähnliche Erscheinung sein. Dieses Gas und der Staub sind im Ver-gleich zum Rest der Region so dicht, dass kein Licht im nahen Infrarot durchkommt.

Die Schlange im Norden – ausgerichtete Ausströmungen vergrößert wiedergegeben (NIRCam)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Schlangennebel, HBC 672, [EC 92] 82
• Objektbeschreibung: Reflexionsnebel und Sternentstehungsgebiet
• Rektaszension: 18:29:56.91
• Deklination: +01:14:45:77
• Sternbild: Serpens
• Entfernung: 1.300 Lichtjahre
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 3,2 Bogenminuten (etwa 0,9 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: NIRCam
• Filter: F140M, F210M, F360M, F480M
• Bild
• Farbinformation: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um mittlere Wellenlängenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-) Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F140M Cyan: F210M Orange: F360M Rot: 480M

Über das Bild: Dieses Bild des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA zeigt einen Teil des Schlangennebels, in dem Astronomen eine Gruppierung ausgerichteter protostellarer Ausströmungen entdeckt haben. Diese Jets sind durch helle, rot erscheinende, klumpige Streifen gekennzeichnet, bei denen es sich um Schockwellen des Jets handelt, die auf umliegendes Gas und Staub treffen. Hier steht die rote Farbe für die Anwesenheit von molekularem Wasserstoff und Kohlenmonoxid.

Normalerweise haben diese Objekte innerhalb einer Region unterschiedliche Ausrichtungen. Hier jedoch sind sie in die gleiche Richtung geneigt, und zwar in gleichem Maße wie Schneeregen, der während eines Sturms niedergeht. Die Forscher sagen, daß die Entdeckung dieser ausgerichteten Objekte, die durch die ausgezeichnete räumliche Auflösung und die Empfindlichkeit von Webb im nahen Infrarot möglich wurde, Aufschluß über die Grundlagen der Sternentstehung gibt.

Die Schlange – Zentrum vergrößert wiedergegeben (NIRCam)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Schlangennebel, HBC 672, [EC 92] 82
• Objektbeschreibung: Reflexionsnebel und Sternentstehungsgebiet
• Rektaszension: 18:29:56.91
• Deklination: +01:14:45:77
• Sternbild: Serpens
• Entfernung: 1.300 Lichtjahre
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 4,8 Bogenminuten (etwa 1,4 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: NIRCam
• Filter: F140M, F210M, F360M, F480M
• Bild
• Farbinformation: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um mittlere Wellenlängenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-) Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F140M Cyan: F210M Orange: F360M Rot: 480M

Über das Bild: Dieses Bild zeigt das Zentrum des Schlangennebels, wie es von der Nahinfrarotkamera (NIRCam) des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA gesehen wurde.

Der Schlangennebel, 1.300 Lichtjahre von der Erde entfernt, beherbergt einen besonders dichten Haufen neu entstehen-der Sterne (~100.000 Jahre alt), von denen einige schließlich die Masse unserer Sonne erreichen werden. Die Webb-Aufnahme dieses Nebels enthüllte eine Gruppierung ausgerichteter protostellarer Ausströmungen (oben links zu sehen). Diese Jets sind durch helle, rot erscheinende, klumpige Streifen gekennzeichnet, bei denen es sich um Schockwellen des Jets handelt, die auf das umgebende Gas und den Staub treffen.

In diesem Bild stellen Filamente und Strähnen in der gesamten Region das reflektierte Sternenlicht von sich noch bilden-den Protosternen innerhalb der Wolke dar. In einigen Bereichen befindet sich Staub vor dieser Reflexion, der hier in einem orangefarbenen, diffusen Farbton erscheint.

Die Schlange (NIRCam Kompass-Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Schlangennebel, HBC 672, [EC 92] 82
• Objektbeschreibung: Reflexionsnebel und Sternentstehungsgebiet
• Rektaszension: 18:29:56.91
• Deklination: +01:14:45:77
• Sternbild: Serpens
• Entfernung: 1.300 Lichtjahre
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 6,3 Bogenminuten (etwa 1,8 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: NIRCam
• Filter: F140M, F210M, F360M, F480M
• Bild
• Farbinformation: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um mittlere Wellenlängenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-) Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F140M Cyan: F210M Orange: F360M Rot: 480M

Über das Bild: Dieses Bild des Schlangennebels, aufgenommen mit der Nahinfrarotkamera (NIRCam) von Webb, zeigt Kompasspfeile, Skalenbalken und einen Farbschlüssel als Referenz.

Die Kompasspfeile nach Norden und Osten zeigen die Ausrichtung des Bildes am Himmel an. Beachten Sie, daß die Beziehung zwischen Norden und Osten am Himmel (von unten gesehen) im Vergleich zu den Richtungspfeilen auf einer Karte des Bodens (von oben gesehen) umgekehrt ist.

Der Maßstabsbalken ist in Lichtjahren angegeben, was der Entfernung entspricht, die das Licht in einem Erdjahr zurück-legt. Ein Lichtjahr sind circa 9,46 Billionen Kilometer.

Dieses Bild zeigt unsichtbare Nahinfrarot-Wellenlängen, die in Farben des sichtbaren Lichts umgewandelt wurden. Der Farbschlüssel zeigt, welche NIRCam-Filter bei der Erfassung des Lichts verwendet wurden. Die Farbe jedes Filternamens ist die Farbe des sichtbaren Lichts, die verwendet wird, um das infrarote Licht darzustellen, das durch diesen Filter gelangt.

Tour durch den Schlangennebel

Dieses Video zeigt den Schlangennebel, eine Sternentstehungsregion, die 1.300 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.

Ein neues Bild von Serpens, das mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA aufgenommen wurde, zeigt eine faszinierende Gruppe von ausgerichteten protostellaren Ausströmungen in einer Region des Nebels. Protostellare Aus-strömungen entstehen, wenn Gasjets, die von neugeborenen Sternen ausgehen, mit hoher Geschwindigkeit mit Gas und Staub in der Nähe zusammenstoßen.

Diese Region beherbergt auch mehrere faszinierende Strukturen – den flatternden Schatten einer planetenbildenden Scheibe, der den Spitznamen “Fledermausschatten” trägt, Bereiche mit unterschiedlicher Dichte, die wie Spalten erschei-nen, und einen besonderen Protodoppelstern.

Zoom in den Schlangennebel

Dieses in den Schlangennebel hineinfahrende Video zeigt die relative Position des Schlangennebels am Himmel. Es be-ginnt mit einem bodengebundenen Photo des verstorbenen Astrophotographen Akira Fujii und geht dann in eine Aufnahme aus dem Digitized Sky Survey über. Als Nächstes wird ein Bild des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA gezeigt, und schließlich gelangt das Video zu einem Bild vom Schlangennebel, das mit NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop aufge-nommen wurde.