Mysteriöse UV-Strahlung in der Geburtsstätte von Sternen entdeckt: Forschende öffnen neues Kapitel der Sternentstehung

Beobachtungen der Ophiuchus-Molekülwolke zeigen, dass UV-Strahlung direkt in den Umgebungen sehr junger Sterne auftritt – obwohl diese eigentlich keine erzeugen sollten. Die Daten deuten darauf hin, dass innere Vorgänge der sogenannten Protosterne die unerwartete Strahlung hervorbringen.

Der Molekülwolkenkomplex Rho Ophiuchi ist die erdnächste Sternentstehungsregion. Die Aufnahme von Webb umfasst weniger als ein Lichtjahr und enthält etwa 50 junge Sterne. Bild: NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (STScI)/Bearbeitung: Alyssa Pagan (STScI)

In den Geburtsregionen junger Sterne, tief verborgen in der Ophiuchus-Molekülwolke, haben Wissenschaftler mit dem James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) ultraviolette Strahlung gefunden – obwohl ausgerechnet diese Objekte eigentlich nicht in der Lage sein sollten, solche Strahlungen zu erzeugen.

Die Rho-Ophiuchi-Wolke liegt im Sternbild Schlangenträger, südlich des Sterns ρ Ophiuchi. Mit rund 450 Lichtjahren Entfernung ist sie eines der erdnächsten Sternentstehungsgebiete.

Die Untersuchungen wurden von Iason Skretas vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn und Dr. Agata Karska von der Universität Torun und dem MPIfR geleitet. Gemeinsam richteten die Forschenden das Mittelinfrarot-Instrument MIRI an Bord des JWST auf fünf Protosterne, um die Vorgänge in deren unmittelbaren Umgebungen zu verstehen.

Überraschender Befund

„Wir wollten uns Protosterne genauer ansehen, also junge Sterne, die sich noch tief im Inneren ihrer molekularen Mutterwolken bilden“, erklärt Iason Skretas. „Während Protosterne Masse akkretieren, schleudern sie einen Teil davon in Form von Materiestrahlen nach außen.“ Die dabei entstehenden Jets sind das auffälligste Merkmal junger Sterne. Doch erst die Beobachtungen mit dem JWST zeigen, wie stark ultraviolette Strahlung die molekularen Emissionen beeinflusst.

„Junge Sterne sind nicht in der Lage, Strahlung zu erzeugen. – Und doch konnten wir zeigen, dass UV-Strahlung in der Nähe von Protosternen auftritt. Woher kommt sie, was ist ihre Quelle: intern oder extern?“

– Dr. Agata Karska, Nikolaus-Kopernikus-Universität in Torun und Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), Bonn

Die Ophiuchus-Molekülwolke enthält zahlreiche heiße, junge B-Sterne, die intensive UV-Strahlung aussenden. Deshalb lag zunächst die Vermutung nahe, dass die Protosterne lediglich im Streulicht der massereichen Nachbarn stehen. Das Team wählte die fünf besagten Objekte in unterschiedlichen Abständen zu den B-Sternen aus und analysierte die von MIRI aufgezeichneten Spektren des molekularen Wasserstoffs (H₂), der im mittelinfraroten Bereich besonders gut nachweisbar ist.

Detaillierter Blick auf die andauernde Sternentstehung innerhalb der Ophiuchus-Molekülwolken (rechts). Im linken Bild die Vergrößerung eines der Protosterne (GSS 30 IRS1) mit einer markanten molekularen Wasserstoffemission. Linkes Bild: Skretas et al./Rechtes Bild: NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (STScI), Bearbeitung: Alyssa Paghan (STScI)

H₂ ist das häufigste Molekül im Universum, aber unter den kalten Bedingungen von Molekülwolken kaum sichtbar. Erst Stoßwellen, die etwa durch die Emissionen junger Sterne erzeugt werden, können es anregen und zum Leuchten bringen. Genau diese Emissionslinien nutzten die Forscher, um das Vorhandensein und die Intensität ultravioletter Strahlung zu messen.

Interne oder externe Quellen

Dabei zeigte sich eindeutig, dass UV-Strahlung die Gasumgebung der Protosterne beeinflusst. Doch woher stammt sie? Um die Bedeutung externer Quellen zu testen, modellierten die Wissenschaftler sowohl die Strahlungsleistung der nahen Sterne als auch die Menge an Staub, der UV-Licht absorbiert und wieder abstrahlt.

„Mit diesen beiden Methoden konnten wir zeigen, dass die UV-Strahlung – in Bezug auf die äußeren Bedingungen – zwischen unseren Protosternen erheblich variiert und wir daher Unterschiede in der molekularen Emission sehen sollten. Wie sich herausstellt, sehen wir diese jedoch nicht.“

– Iason Skretas, Doktorand, Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), Bonn

Die Forschenden mussten also die Annahme einer externen Strahlungsquelle verwerfen, ergänzt Agata Karska. „Wir können jedoch mit Sicherheit sagen, dass in der Umgebung des Protosterns UV-Strahlung vorhanden ist, da sie zweifellos die beobachteten Moleküllinien beeinflusst.“ Daher müsse ihr Ursprung intern sein.

Damit öffnet sich ein neues Kapitel in der Forschung zur Sternentstehung. Bisher war man davon ausgegangen, dass junge Sterne selbst kaum energiereiche Photonen erzeugen können. Die neuen Daten legen jedoch nahe, dass interne Vorgänge – etwa Schockfronten beim Einfall von Materie oder entlang der Jets – UV-Strahlung erzeugen könnten, die stark genug ist, die umgebende Materie messbar zu verändern.

Neben Gas sollen künftig nun auch Staub und Eis in Protosternen untersucht werden. Zudem wollen die Forschenden die Zahl der beobachteten Objekte erhöhen und ganze Emissionsregionen abdecken. Nur so lässt sich klären, wie und wo die unerwartete Strahlung entsteht – und welche Rolle sie im frühen Sternenleben spielt.

Quellenhinweis:

Skretas, I. M., Karska, A., Francis, L., Rocha, W. R. M., van Gelder, M. L., Tychoniec, Ł., Figueira, M., Sewiło, M. Wyrowski, F., & Schilke, P. (2025): UV-irradiated outflows from low-mass protostars in Ophiuchus with JWST/MIRI. Astronomy & Astrophysics, 703, A139.