Erstmals Ionisation von Dunkelwolke gemessen: Wie Forschende die unsichtbare Energie der Sternentstehung ermitteln
In den kältesten und dunkelsten Regionen unserer Galaxie entstehen Sterne. Nun ist es Forschenden erstmals gelungen, dort die Wirkung kosmischer Strahlung direkt zu messen – ein Meilenstein für die Sternentstehungsforschung.
Wo kein Sternenlicht hinreicht, scheint auf den ersten Blick völlige Leere zu herrschen. Doch gerade in diesen abgeschirmten Regionen des Alls beginnt der Kreislauf der Sternentstehung. Einem internationalen Forschungsteam ist nun ein entscheidender Fortschritt gelungen, indem es die kosmische Strahlung innerhalb solch dunkler Molekülwolken gemessen hat.
Erstmals wurde die Wirkung kosmischer Strahlung in einer kalten, dichten Molekülwolke direkt beobachtet. Möglich wurde dies durch Messungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop, dessen Empfindlichkeit das Vordringen in bisher unerreichbare Bereiche erlaubt. Die Ergebnisse wurden in Nature Astronomy veröffentlicht.
Barnard 68 – ein Labor im All
Im Mittelpunkt der Untersuchung steht die Molekülwolke Barnard 68, die im Sternbild Schlangenträger, in etwa 500 Lichtjahren Entfernung liegt. Sie gilt als Paradebeispiel einer Dunkelwolke. Ihr Inneres ist mit etwa 9 Kelvin (−264 °C) außerordentlich kalt und so dicht, dass selbst sichtbares Licht kaum eindringen kann.
Gerade unter diesen Bedingungen spielt kosmische Strahlung eine wichtige Rolle. Dabei handelt es sich um hochenergetische, geladene Teilchen aus dem All, die durch das Gas dringen und es ionisieren. Das beeinflusst sowohl die Temperatur als auch die Chemie der Wolke – und damit auch die Entstehung neuer Sterne und Planeten.
Wie stark kosmische Strahlung wirkt, lässt sich durch die Ionisationsrate beschreiben. Sie gibt an, wie häufig molekularer Wasserstoff durch kosmische Strahlung ionisiert wird. Der Wert ist grundlegend für die Chemie des interstellaren Mediums, konnte bisher jedoch nur indirekt bestimmt werden.
– Dr. Brandt Gaches, Universität Duisburg-Essen
Solche Berechnungen waren jedoch sehr unsicher, weil sie von vielen Annahmen abhängen, wie Dichte, Temperatur und Reaktionswege. Heraus kamen dann schwankende Ergebnisse.
Jahrzehnte alte Theorie bestätigt
Schon vor Jahrzehnten entstand die Idee, die Anregung von Molekülen durch kosmische Strahlung im Infrarotbereich zu messen. Weil die Signale überaus schwach sind, war das lange praktisch nicht umsetzbar.
Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop änderte sich das. Das internationale Team unter Leitung des Technion Israel Institute of Technology konnte drei vorhergesagte Infrarotlinien eindeutig nachweisen. Sie stammen von molekularem Wasserstoff, der direkt durch kosmische Strahlung angeregt wird. Damit wurde erstmals durch Beobachtung bestätigt, dass kosmische Strahlen in Dunkelwolken messbare Infrarotsignaturen erzeugen. Frühere chemische Modelle hatten das bereits vorhergesagt.
Eine Folgestudie soll mit den Daten direkt bestimmen, wie schnell kosmische Strahlung in dichten Wolken Energie verliert, was ebenfalls ein wichtiger Parameter für die Sternentstehung ist. Darüber hinaus sollen weitere Beobachtungen mit dem James-Webb-Teleskop zeigen, ob sich die Ergebnisse auch auf andere nahegelegene Molekülwolken übertragen lassen. Mit den Untersuchungen soll endlich sichtbar werden, was lange im Dunkeln lag: die unsichtbare Energie, die den Anfang neuer Sterne markiert.
Quellenhinweis:
Bialy, S., Chemke, A., Neufeld, D. A., et al. (2026): Direct detection of cosmic-ray-excited H2 in interstellar space. Nature Astronomy.