Pressemitteilung

ALMA entdeckt stellaren Kokon mit seltsamer chemischer Zusammensetzung

Der erste seiner Art außerhalb der Milchstraße

29. September 2016

Ein japanisches Team hat erstmals einen heißen molekularen Kern außerhalb der Milchstraße entdeckt. Die heiße und dichte Ansammlung komplexer Moleküle, die einen neugeborenen Stern umgibt und mit ALMA ausfindig gemacht werden konnte, besitzt eine völlig andere molekulare Zusammensetzung als ähnliche Objekte in unserer Galaxis – ein vielversprechender Hinweis darauf, dass die Chemie in unserem Universum unterschiedlicher sein könnte als bisher angenommen.

Dank des Leistungsvermögens des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) konnte ein Team aus japanischen Wissenschaftlern einen massereichen Stern namens ST11 [1] in der Großen Magellanschen Wolke (engl. Large Magellanic Could, kurz LMC) beobachten, einer Zwerggalaxie in unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft. ST11 ist ein noch sehr junger Stern, der erst vor nicht allzu langer Zeit gezündet hat. Dem Team gelang es, in der Region um den Stern Strahlung von einer Vielzahl verschiedener molekularer Gase nachzuweisen, was ein Anzeichen dafür ist, dass es sich um vergleichsweise heißes und dichtes molekulares Gas handelt, das um den Stern konzentriert ist. Dies war ein Hinweis auf etwas, das bislang niemals zuvor außerhalb der Milchstraße beobachtet werden konnte – ein heißer molekularer Kern [2].

Takashi Shimonishi, Astronom an der Tohoku University in Japan und Erstautor des Fachartikels, in dem die Entdeckung beschrieben wird, ist begeistert: „Es handelt sich um die erste Entdeckung eines extragalaktischen heißen molekularen Kerns und zeigt außerdem das große Leistungsvermögen der neuen Generation an Teleskopen zur Untersuchung astrochemischer Phänomene jenseits der Milchstraße.“

Die ALMA-Beobachtungen machten deutlich, dass dieser neuentdeckte Kern in der LMC im Vergleich zu ähnlichen Objekten, die in der Milchstraße gefunden wurden, eine ganz andere Zusammensetzung hat. Die bedeutendsten chemischen Spuren im LMC-Kern beinhalten bekannte Moleküle wie Schwefeldioxid, Stickstoffmonoxid und Formaldehyd – neben dem allgegenwärtigen Staub. Mehrere organische Verbindungen, einschließlich Methanol (das einfachste Alkohol-Molekül), kamen in dem neu entdeckten molekularen Kern jedoch außergewöhnlich selten vor. Im Gegensatz dazu konnte bei Kernen in der Milchstraße eine Vielzahl komplexer organischer Moleküle beobachtet werden, einschließlich Methanol und Ethanol.

Shimonishi erklärt: „Die Beobachtungen deuten darauf hin, dass die molekulare Zusammensetzung der Materie, aus denen Sterne und Planeten entstehen, sich deutlicher unterscheidet, als wir angenommen hatten.“

Die LMC besitzt geringe Vorkommen an Elementen jenseits von Wasserstoff oder Helium [3]. Das Wissenschaftlerteam vermutet, dass diese so unterschiedliche galaktische Umgebung den Entstehungsprozess der Moleküle beeinflusst hat, der um den neugeborenen Stern ST11 stattfindet. Das könnte für die Unterschiede in den chemischen Zusammensetzungen verantwortlich sein, die beobachtet wurden.

Es ist noch unklar, ob die großen, komplexen Moleküle, die in der Milchstraße zu finden sind, auch in anderen Galaxien in heißen molekularen Kernen vorkommen. Komplexe organische Moleküle sind für die Forscher von besonderem Interesse, da manche mit präbiotischen Molekülen verwandt sind, die sich im Weltraum gebildet haben. Dieses neu entdeckte Objekt in einem unserer nächstgelegenen galaktischen Nachbarn ist für Astronomen prädestiniert, um dieses Frage zu klären. Dabei kommt auch noch eine andere Frage auf: Wie beeinflusst die chemische Vielfalt von Galaxien die Entwicklung extragalaktischen Lebens?

Endnoten

[1] Der vollständige Name von ST11 ist 2MASS J05264658-6848469. Der junge, massereiche Stern mit dem nur schwer zu merkenden Namen ist ein junges stellares Objekt. Obwohl es im Moment aussieht, als handele es sich nur um einen einzelnen Stern, ist es auch möglich, dass sich irgendwann herausstellt, dass es sich in Wahrheit um einen dichten Sternhaufen oder möglicherweise auch ein Mehrfachsternsystem handelt.

[2] Voraussetzungen für heiße molekulare Kerne sind: (vergleichsweise) kleines Objekt, mit einem Durchmesser von weniger als 0,3 Lichtjahren; eine Dichte von über einer Billion Molekülen pro Kubikmeter (deutlich niedriger als auf der Erde, aber für interstellare Umgebungen hoch) und hohe Temperaturen von über -173°C. Damit sind sie mindestens 80 Grad Celsius wärmer als eine durchschnittliche Molekülwolke, trotz der ähnlichen Dichte. Diese heißen Kerne bilden sich früh in der Entwicklungsphase eines massereichen Sterns und spielen im Weltraum eine entscheidende Rolle in der Entstehung komplexer Chemikalien.

[3] Aus den Kernfusionsreaktionen, die stattfinden, wenn ein Stern aufgehört hat Wasserstoff zu Helium zu verschmelzen, entstehen schwerere Elemente. Diese schwereren Elemente werden in den Weltraum geschleudert, sobald massereiche Sterne ihr Lebensende erreicht haben und als Supernovae explodieren. Somit hat das Vorkommen schwererer Elemente mit fortschreitendem Alter des Universums zugenommen. Dank der geringen Vorkommen schwererer Elemente, bietet die LMC Einblicke in die chemischen Prozesse, die im frühen Universum stattgefunden haben.

Weitere Informationen

Die hier präsentierten Forschungsergebnisse sind am 9. August 2016 unter dem Titel „The Detection of a Hot Molecular Core in the Large Magellanic Cloud with ALMA” in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal erschienen.

Die beteiligten Wissenschaftler sind Takashi Shimonishi (Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences & Astronomical Institute, Tohoku University, Japan), Takashi Onaka (Department of Astronomy, The University of Tokyo, Japan), Akiko Kawamura (National Astronomical Observatory of Japan, Japan) und Yuri Aikawa (Center for Computational Sciences, The University of Tsukuba, Japan)

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von Europa, Nordamerika und Ostasien in Zusammenarbeit mit der Republik Chile getragen wird. Von europäischer Seite aus wird ALMA über die Europäische Südsternwarte (ESO) finanziert, in Nordamerika von der National Science Foundation (NSF) der USA in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC) und dem taiwanesischen National Science Council (NSC), und in Ostasien von den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan. Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federführend für den europäischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, für den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) für den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. 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 verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: 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 einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

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-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Tohoku University, Sendai, Miyagi, Japan
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E-Mail: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

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