Kühle Wolken im Carinanebel

Der Carinanebel ist Schauplatz häufiger Sternentstehung und beherbergt einige der massereichsten Sterne in unserer Milchstraße. Fast nirgends sonst lässt sich das Zusammenspiel zwischen jungen Sternen und den Molekülwolken, aus denen sie sich gebildet haben, so gut untersuchen.

Ein Astronomenteam unter der Führung von Thomas Preibisch von der Universitätssternwarte der Ludwig-Maximilians-Universität in München in Zusammenarbeit mit Karl Menten und Frederic Schuller vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn hat die Himmelsregion um den Carinanebel mit der LABOCA-Kamera am Submillimeter-Teleskop APEX (Atacama Pathfinder Experiment) auf dem Chajnantor-Plateau in den chilenischen Anden beobachtet.

Bei diesen Wellenlängen fangen Teleskope hauptsächlich die Wärmestrahlung kosmischer Staubkörner auf.So entstehen Aufnahmen, die das Glimmen von Staub- und Molekülwolken – letztere bestehen überwiegend aus molekularem Wasserstoff – zeigen, aus denen sich Sterne bilden. Der Staub ist mit -250°C sehr kalt, so dass das schwache Leuchten der Wolken nur bei Submillimeterwellenlängen beobachtet werden kann, die wesentlich länger sind als die Wellenlängen von sichtbarem Licht. So wird die Submillimeterstrahlung zum Schlüssel bei der Klärung der Fragen, wie Sterne entstehen und wie sie mit den Wolken wechselwirken, aus denen sie entstanden sind.

Das Bild zeigt die Beobachtungsdaten von APEX/LABOCA in orange, kombiniert mit einer Aufnahme im sichtbaren Licht vom Curtis-Schmidt-Teleskop am Cerro Tololo Interamerican Observatory. Die kombinierte Großfeldansicht dokumentiert eindrucksvoll die Bereiche der Sternentstehung. Der Nebel beinhaltet Sterne mit insgesamt über 25.000 Sonnenmassen; weitere 140.000 Sonnenmassen liegen in Form von Gas und Staub vor. Allerdings befindet sich nur ein Bruchteil des Gases im Carinanebel in Wolken, die dicht genug sind, um in absehbarer Zukunft (astronomisch gesehen sind dies die nächsten Millionen Jahre) zu kollabieren, so dass sich Sterne bilden. Auf noch längeren Zeitskalen könnten die bereits vorhandenen massereichen Sterne auf die Wolken in ihrer Umgebung einwirken und die Sternentstehung beschleunigen.

Massereiche Sterne existieren nur für wenige Millionen Jahre – verglichen mit unserer Sonne, die etwa 10 Milliarden Jahre alt werden wird, eine vergleichsweise kurze Lebensdauer. Dennoch sind sie in der Lage, ihre Umgebung maßgeblich zu beeinflussen. Von solchen jungen, heißen Sternen gehen starke Sternwinde und intensive UV-Strahlung aus, welche die Form der Wolken in ihrer Umgebung verändern. Dabei bilden sich eventuell sogar Verdichtungen als Keimzelle für die Entstehung weiterer Generationen von Sternen. Am Ende ihres kurzen Lebens werden die massereichen Sterne hochgradig instabil. Es kommt immer wieder zu Auswürfen von Materie, bis diese Sterne schließlich einen gewaltsamen Tod in Form von Supernoavexplosionen sterben.

Das Paradebeispiel für einen solchen instabilden Stern ist Eta Carinae, der helle, gelbliche Stern links unterhalb der Bildmitte. Er hat mehr als 100 Sonnenmassen und gehört zu den leuchtkräftigsten bekannten Sternen überhaupt. Voraussichtlich innerhalb der kommenden Million Jahre wird er als Supernova explodieren, gefolgt von weiteren massereichen Sternen in der Umgebung.

Diese gewaltsamen Explosionen reißen zunächst Löcher in die Wolken aus molekularem Gas in ihrer unmittelbaren Umgebung. Nachdem sich die Schockwelle allerdings auf über 10 Lichtjahre ausgedehnt hat, wird sie schwächer; jetzt wird wichtig, dass sie die nach außen angrenzenden Wolken zu komprimieren beginnt. Das ist der Startschuss für die Entstehung einer neuen Sterngeneration. In den Supernovaexplosionen entstehen kurzlebige, radioaktive Isotope schwerer Elemente, die sich mit den kollabierenden Wolken vermengen. Auf ähnliche Art und Weise dürfte auch radioaktives Material in die Wolke gelangt sein, aus der sich einst unsere Sonne und die Planeten unseres Sonnensystems gebildet haben. Auf diese Art und Weise gibt uns der Carinanebel zusätzliche Einblicke in die Entstehung des Sonnensystems.

Der Carinanebel befindet sich in einer Entfernung von etwa 7500 Lichtjahren im Sternbild Carina (der Schiffskiel), dem er auch seinen Namen verdankt. Aufgrund seiner vielen massereichen Sterne gehört er zu den hellsten Nebeln am Himmel. Mit einem Durchmesser von knapp 150 Lichtjahren übertrifft seine Größe die des bekannten Orionnebels um ein Vielfaches. Obwohl der Carinanebel viel weiter von der Erde entfernt ist als der Orionnebel, erscheinen beide Nebel am Himmel in etwa gleich groß. Damit ist der Carinanebel eines der ausgedehntesten Beobachtungsobjekte am Nachthimmel.

Das 12 Meter durchmessende APEX-Teleskop ist nicht nur ein eigenständiges Beobachtungsinstrument, sondern auch technologischer Wegbereiter für ALMA, das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. ALMA ist ein neuartiges Verbundteleskop, das die ESO gemeinsam mit internationalen Partnern ebenfalls auf dem Chajnantor-Plateau errichtet und betreibt. APEX basiert auf dem Prototypen einer Antenne für das ALMA-Projekt, während ALMA aus 54 solcher Antennen mit 12 Metern Durchmesser und zusätzlichen 12 Antennen mit 7 Metern Durchmesser bestehen wird. ALMA wird ein ungleich höheres Auflösungsvermögen als APEX haben, allerdings wird dafür das Gesichtsfeld wesentlich kleiner sein. Die beiden Teleskope ergänzen einander daher perfekt: APEX wird viele interessante Beobachtungsziele entdecken, die ALMA dann detailliert untersuchen kann.

Zusatzinformationen:

Die LABOCA-Beobachtungen werden in dem Fachartikel “A deep wide-field sub-mm survey of the Carina Nebula complex” von T. Preibisch, F. Schuller, H. Ohlendorf, S. Pekruhl, K. M. Menten und H. Zinnecker in der Fachzeitschrift Astronomy and Astrophysics, Ausgabe 525, A92 (2011) beschrieben.

APEX ist ein Gemeinschaftsprojekt des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR), des Weltraumobservatoriums Onsala (Onsala Space Observatory OSO) und der ESO, die auch für den Betrieb des Teleskopes verantwortlich zeichnet.

ALMA ist eine internationale Einrichtung, die von Europa, Nordamerika und Ostasien in Zusammenarbeit mit der Republik Chile getragen wird. Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb des Observatoriums ist die ESO zuständig für den europäischen Beitrag, das National Astronomical Observatory of Japan für den Beitrag Ostasiens und das National Radio Astronomy Observatory für den nordamerikanischen Beitrag. Das Joint ALMA Observatory übernimmt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 15 Mitgliedsländer: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz, die Tschechische Republik und das Vereinigte Königreich. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist der europäische Partner für den Aufbau des Antennenfelds ALMA, das größte astronomische Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein Großteleskop der 40-Meter-Klasse für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird, das European Extremely Large Telescope (E-ELT).

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsstaaten (und einigen weiteren Ländern) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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