Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff
Eine mit dem Herschel-Weltraum-Observatorium im fernen Infrarot gewonnene Aufnahme der Region um die Dunkelwolke L1544 (L1544 ist der helle Bereich unten links). Beobachtungen an Wasser in dieser sehr kalten, dichten Umgebung stimmen gut mit neuen Modellen überein und helfen, den Übergang von Wasser zwischen Eis und Dampf in diesen Regionen als auch die im Zentrum der Wolke ablaufenden physikalischen Prozesse aufzuklären. ESA / Herschel und P. Casseli
Warmer Wasserdampf im interstellaren Medium (etwa bei Raumtemperatur) verhält sich im Wesentlichen wie von Seiten chemischer Modelle erwartet. Dies war vor rund fünfzehn Jahren die Schlußfolgerung aus Beobachtungen mit dem Infrared Space Observatory, die später durch den Submillimeter Wave Astronomy Satellite bestätigt wurden. Unter den kälteren Bedingungen jedoch, die in Molekülwolken vorliegen, und besonders in den dichteren Wolken, wo sich Sterne bilden können, ist das meiste Wasser auf der Oberfläche von Staubkörnern ausgefroren und dadurch sind seine Eigenschaften viel schwerer zu verstehen. Dazu kommt, daß das Molekül selbst hauptsächlich auf den Oberflächen solcher Körner entsteht, wo sich Atome aus Wasserstoff und Sauerstoff begegnen und aneinander binden; die verschiedenen Prozesse, die dabei an der Kornoberfläche ablaufen, sind sehr komplex.
Um chemische Modelle zu testen, die die Chemie an der Kornoberfläche mit einbeziehen, haben Eric Keto vom CfA sowie Jonathan Rawlings und Paola Caselli mit dem Herschel-Weltraum-Observatorium Wasser in der kalten, dichten Wolke L1544 beobachtet. Kleine Wolken wie diese erstrecken sich über nur etwa ein Lichtjahr und enthalten ungefähr einhundert Sonnenmassen an kaltem (unter 15 Kelvin) Material. Sie haben den Vorteil, relativ unkompliziert zu sein: eine nahezu kugelförmige Gestalt und ohne innere Wärmequellen (also keine Sterne). Sie werden von außen durch kosmische Strahlung und durch die ultraviolette Strahlung der Hintergrundsterne aufgewärmt; im Inneren werden sie durch Strahlung der Moleküle und des Staubs gekühlt. Ihre Einfachheit macht sie in einzigartiger Weise zu leistungsfähigen Laboratorien für die Prüfung komplexer Hypothesen wie etwa die Chemie von kaltem Wasser.
Die Wissenschaftler kombinierten drei verschiedene theoretische Verfahren, um die Daten aus L1544 zu analysieren: ein Modell zur Beschreibung von Dichte, Temperatur und struktureller Eigenschaften der Wolke, ein chemisches Modell, um die Menge an Wasser unter verschiedenen Bedingungen vorherzusagen und nicht zuletzt ein Modell für die durch kalte Moleküle abgegebene Strahlung, das aufzeigt, wie sich die Strahlung durch die Wolke hindurch und in den Raum hinaus bewegt. Die Astronomen können die Beobachtungen sehr gut wiedergeben. Sie kommen zu dem Schluß, daß gasförmiges Wasser durch kosmische und ultraviolette Strahlung aus dem Eis freigesetzt wird und daß an den Rändern der Wolke die Strahlung den Wasserdampf auch zerstören, ihn in seine aufbauenden Atome zerlegen kann. Der Wasserdampf ist in Absorption und Emission zu sehen und die Gruppe folgert ferner, daß die Emission aus dem dichtesten Teil des Wolkeninneren stammt, von wo sie einzigartige Einsichten in die Dynamik des Innersten der dunklen Wolke geben kann.
Literatur:
„Chemistry and Radiative Transfer of Water in Cold, Dense Clouds”
Eric Keto, Jonathan Rawlings und Paola Caselli
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 440, 2616–2624 (2014)
