Am Südhimmel, etwa 4.300 Lichtjahre von der Erde entfernt, liegt RCW 120, eine riesige leuchtende Wolke aus Gas und Staub. Ein internationales Team, das hauptsächlich von Forschern und Forscherinnen der Universität Köln und der West Virginia University (USA) geleitet wurde, konnte das Alter von RCW 120 auf weniger als 150.000 Jahre eingrenzen, was sehr jung für einen solchen Nebel ist. Die Untersuchungen ergaben, dass die stellare Rückkopplung – ein Prozess, bei dem Sterne Energie zurück in ihre Umgebung abgeben – die Sternbildung in der Umgebung positiv beeinflusst. Diese Erkenntnisse können Aufschluss über die hohe Rate an Sternentstehungen im frühen Stadium unseres Universums geben. Die Ergebnisse dieser Studie sind in der April-Ausgabe der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht (Luisi et al. 2021).

Das Forschungsteam untersuchte den Nebel auf der fliegenden Sternwarte SOFIA - einer umgebauten Boeing 747 - um die Auswirkungen der stellaren Rückkopplung zu analysieren. RCW 120 ist ein so genannter Emissionsnebel, der Licht in verschiedenen Wellenlängen abstrahlt. Etwa 7 Lichtjahre vom Zentrum von RCW 120 entfernt liegt der Rand der Wolke, wo sich eine Fülle von Sternen bildet. Um zu verstehen, wie all diese Sterne entstehen, muss man tief in den Ursprung des Nebels eindringen. RCW 120 hat einen jungen, massereichen Stern in seinem Zentrum, der starke Sternwinde erzeugt. Die Sternwinde dieses Sterns ähneln denen unserer eigenen Sonne – sie schleudern Material von ihrer Oberfläche ins All. Dieser Sternwind schockt und komprimiert die umgebenden Gaswolken. Die Energie, die dem Nebel zugeführt wird, löst die Bildung neuer Sterne in den Wolken aus. Die Anwesenheit des massereichen Zentralsterns wirkt sich also positiv auf die zukünftige Sternentstehung aus.

Solche Beobachtungen zur Untersuchung der Wechselwirkungen massereicher Sterne mit ihrer Umgebung werden im Rahmen des SOFIA-Programmes FEEDBACK durchgeführt, einem internationalen Projekt unter der Leitung von Dr. Nicola Schneider von der Universität Köln und Prof. Alexander Tielens von der University of Maryland, das den 2015 auf SOFIA installierten Empfänger upGREAT des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie und der Universität Köln nutzt.

SOFIA ist ein „fliegendes Observatorium“, das aus einem 2,7-Meter-Teleskop besteht und von einem modifizierten Flugzeug vom Typ Boeing 747SP getragen wird. Es ist eine Kooperation zwischen dem DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) und der NASA und wird vom DSI (Deutsches SOFIA Institut) und USRA (Universities Space Research Association) koordiniert.

SOFIA beobachtet im infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, also knapp jenseits dessen, was der Mensch sehen kann. Die Flughöhe von SOFIA liegt oberhalb von 13 Kilometern. Damit fliegt die Boeing über dem Großteil des Wasserdampfes der Erdatmosphäre, der ansonsten das Infrarotlicht abblockt. So können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Wellenlängenbereich beobachten, der von der Erde aus nicht zugänglich ist. Über Nacht beobachtet das In-Flight-Observatorium himmlische Magnetfelder, Sternentstehungsgebiete wie etwa RCW 120 sowie Kometen und Nebel.

„Wir haben mit unseren Beobachtungen herausgefunden, dass RCW 120 mit 15 km/s expandiert, was für einen Nebel unglaublich schnell ist. Aus dieser Expansionsgeschwindigkeit konnten wir eine Altersgrenze für die Wolke ableiten und fanden heraus, dass RCW 120 viel jünger ist als bisher angenommen“, so Dr. Nicola Schneider. Mit dieser Altersschätzung konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wiederum auf die Zeit schließen, die die Sternentstehung am Rande des Nebels brauchte, um nach der Entstehung des Zentralsterns in Gang zu kommen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass positive Rückkopplungsprozesse auf sehr kurzen Zeitskalen auftreten, und dass diese Mechanismen für die hohen Sternentstehungsraten verantwortlich sein könnten, die in der Frühphase des Universums auftraten.

Für die Zukunft hofft das Team, diese Art der Analyse auf die Untersuchung weiterer Sternentstehungsgebiete auszuweiten. „Die anderen Regionen, die wir mit FEEDBACK untersuchen, befinden sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien und haben unterschiedliche Morphologien. Einige haben viele massereiche Sterne, in ihrem Zentrum. Im Gegensatz dazu hat RCW 120 nur einen“, so Schneider. „Mit diesen Informationen können wir feststellen, welche Prozesse die ausgelöste Sternentstehung hauptsächlich antreiben und wie sich diese Prozesse zwischen den verschiedenen Sternentstehungsgebieten unterscheiden.“

Inhaltlicher Kontakt:
Dr. Nicola Schneider
Institut für Astrophysik
+49 221 470-8353
nschneidph1.uni-koeln.de

Presse und Kommunikation:
Jan Voelkel
+49 221 470-2356
j.voelkelverw.uni-koeln.de

Link zur Publikation:
https://advances.sciencemag.org/content/7/15/eabe9511

Weitere Informationen:
https://astro.uni-koeln.de/index.php?id=18130
https://feedback.astro.umd.edu/
https://www.mpifr-bonn.mpg.de/4480452/upgreat
https://www.nasa.gov/mission_pages/SOFIA
https://www.dlr.de/content/en/articles/missions-projects/sofia/sofia-infrared-observatory.html
https://www.dsi.uni-stuttgart.de/