Die Sternentstehung – Eine nebulöse Angelegenheit

Hinweis: Dieser Artikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2016. Hinweise zum Ablauf des Bewerbs und wie ihr dabei Abstimmen könnt findet ihr hier.

Das sagt die Autorin des Artikels, Selina über sich:
Hallo, ich bin Selina. Ich bin 17 Jahre alt und gehe derzeit noch zur Schule. Dies ist mein aller erster Blogeintrag, also hoffe ich, dass er euch gefallen wird.
Mit meinem Blogeintragsthema beschäftige ich mich eigentlich schon seit Ende 2015, als ich zu Besuch im Science Museum in London einen imax Film über unter anderem Nebel gesehen hab. Ich war fasziniert von der Theorie der Sternentstehung in Nebeln und begann mich damit weiter zu beschäftigen

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Die Sternentstehung – Eine nebulöse Angelegenheit

Der Nachthimmel ist voll von ihnen: Sterne. Es gibt sie in allen Größen, Farben und Helligkeiten. Doch woher kommen sie eigentlich?

Die einfachste Antwort zu der Frage, woher Sterne eigentlich kommen, ist Nebel.
Ihr denkt euch jetzt wahrscheinlich: Nebel? Was haben Nebel denn mit Sternen zu tun?

Nebel müsst ihr euch als riesige Wolken aus Gas (größtenteils Wasserstoff und Helium, aber auch Spuren von Sauerstoff, Stickstoff und anderen Gasen) und Staub, also kleinsten festen Partikeln (wie zum Beispiel Eisen-Magnesium-Silikate, Kohlenstoff und Eis) vorstellen. Diese Nebel haben Durchmesser von bis zu mehreren hundert Lichtjahren und befinden sich im Raum zwischen Sternen und Galaxien. Sie gelten zu Recht als „Sternfabriken“, denn aus ihnen entstehen mehrere tausend Sterne oder sogar Galaxien.
Die Materie (also das Gas und die kleinen festen Partikel, von denen ich eben schon gesprochen habe) zwischen den Sternen bezeichnet man im Allgemeinen als interstellare Materie (lat. inter: inmitten, zwischen; lat. stella: Stern), die nicht gleichmäßig verteilt ist, in Nebeln aber in konzentrierter Form vorliegt.

Je nach Größe und Erscheinungsform des Nebels unterschiedet man zwischen verschiedenen Nebelarten (Emissionsnebel, Planetarische Nebel, Reflexionsnebel, Dunkelnebel, Supernovareste und Molekülwolken). Einige dieser Nebel spielen nicht nur eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Sternen, sondern auch bei der Entstehung von ganzen Planetensystemen. Andere Nebel wiederum entstehen erst, wenn ein Stern „stirbt“. Ich werde mich in diesem Blogpost ausschließlich mit Emissionsnebel am Beispiel von dem Carina-Nebel beschäftigen.

Ursprünglich wurden alle leuchtenden Flächen am Himmel als Nebel bezeichnet. Jedoch konnte später Edwin Hubble beweisen, dass einige dieser „Nebel“ gar keine kosmischen Nebel in dem heutigen Sinne sind. Es stellte sich vielmehr heraus, dass er sich bei den „Nebeln“ um Galaxien oder Sternhaufen handelte, die bei den früheren Teleskopen oder mit dem bloßen Auge nebelartig aussahen. Heute kann man sich aus genauen Beobachtungen von Nebelgebieten Hinweise über die Entwicklung unseres Universums herleiten.

Emissionsnebel

Eine sehr bekannte und „leicht“ zu beobachtende Nebelart (jedenfalls in einigen Fällen), aus denen Sterne entstehen, sind die Emissionsnebel. Emissionsnebel (lat. emittere: aussenden) sind Nebel, die selbst Licht aussenden. Sie bestehen aus ionisiertem Wasserstoffgas und befinden sich in der Nähe von jungen und heißen Sternen. Meist sind sie ein Teil von riesigen Molekülwolken.

Diese Molekülwolken bestehen größtenteils aus molekularem Wasserstoffgas (H2) und sind normalerweise eine lange Zeit stabil. Damit ein Stern entstehen kann, muss in einer kalten und dichten Nebelregion die Schwerkraftkontraktion einsetzten. Diese kann z.B. durch eine Sternexplosion am Ende des Lebens eines nahe liegenden Sternes (Supernova) ausgelöst werden, durch die sich Verdichtungswellen im Nebel ausbreiten. Während der Nebel immer weiter schrumpft, steigt die Temperatur im Inneren des Nebels und es entstehen Protosterne. Setzt die Kernfusion ein, gehen die Sterne in die Hauptreihenphase über.

Das Leuchten des Nebels entsteht erst, wenn die neu entstandenen Sterne energiereiche UV-Strahlung aussenden. Dabei wird das sie umgebende Gas ionisiert, d.h. es werden Elektronen den Wasserstoffatomen entrissen, sodass die geladenen Kerne im Nebel umherschwirren. Diese stoßen dann mit anderen, noch neutralen Atomen zusammen und reißen diese mit sich. Da sich immer wieder Protonen und Elektronen zusammenfinden und dabei Strahlung freisetzen, fängt der jetzt heiße und glühende Nebel an zu leuchten. Diesen leuchtenden Teil des Emissionsnebels bezeichnet man als H-II-Region (H-II beschreibt den Ionisierungszustand des Wasserstoffs).

Carinanebel

Lasst uns doch mal so einen Emissionsnebel ansehen. Wie wäre es denn mit dem Carinanebel?
Der Carinanebel oder auch Eta-Carinae-Nebel (NGC 3372) im Sternbild Kiel des Schiffes ist viel weniger bekannt als andere Nebel, da er sich im Süden des Himmels befindet und somit von Mitteleuropa aus nicht gesehen werden kann. Er ist aber dennoch nicht weniger interessant: Mit einer scheinbaren Helligkeit von 3,00 mag (Magnituden) ist er deutlich heller als der Orionnebel und gehört damit zu den hellsten Objekten am Nachthimmel. Außerdem gehört der ca. 7.500 Lichtjahre entfernte Nebel zu einer der größten H-II-Regionen (und ist somit ein riesiges Sternentstehungsgebiet) im Universum mit einem Durchmesser von 200 Lichtjahren.

Genau wie bei allen anderen Emissionsnebeln entstand der Carinanebel so wie er heute aussieht aus einer kalten Molekülwolke. In dieser kalten Molekülwolke befanden sich vor etwa drei Millionen Jahren die erste Generation von Sternen. Als diese Sterne starben, verdichteten sie sich und es setzte bei ihnen die Kernfusion ein. Die abgegebene UV-Strahlung dieser Sterne sorgte dafür, dass sich eine expandierende Blase aus heißem Gas bildete. Die stellaren Winde der Sterne (Ströme aus geladenen Teilchen) im Carinanebel und die UV-Strahlung, die diese abgeben, drücken die sie umgebenden Wände aus kaltem Wasserstoff (die die heiße Blase umgeben) zusammen und lösen somit eine zweite Sternentstehung aus. Unsere Sonne und unser Sonnensystem könnten ebenfalls aus so einem zweiten Sternentstehungsprozess entstanden sein.

Der Carinanebel ist ein riesiges komplexes Gebiet aus sowohl sehr hellen als auch dunklen Nebeln (zu denen z.B. der Schlüsselloch-Nebel, der Homunkulus-Nebel und der Horse-Shoe-Nebel gehören) und ein sehr guter Nährboden für einige der heißesten und größten Sterne, die uns bekannt sind. Jeder der neuen Sterne, die hier entstehen, hat eine Masse von 10 bis 100 Sonnenmassen und löst mit seinen stellaren Winden und seiner starken ultravioletten Strahlung den Nebel langsam auf. Der Doppelstern Eta Carinae, der den Nebel erleuchtet, ist auch einer dieser Sterne.
Es entstehen aber nicht nur Sterne in ihm, sondern auch andere junge stellare Objekte, die typisch für Sternentstehungsgebiete sind. Hierzu zählen z.B. kleine Globulen, also dunkle Teile von Molekülwolken, die sich vor dem hellen Hintergrund eines Emissionsnebels oder Sternen hervorhebt und aus denen Sterne entstehen können. Selbst in sehr kleinen Globulen des Carinanebels scheinen sich, laut Beobachtungen, Sterne zu entwickeln. Diese Globulen könnten Gegenstücke zu der Wolke sein, aus der unsere Sonne und unser Sonnensystem entstanden sind. Es wird vermutet, dass einige dieser Globulen zu klein für die Sternentstehung seien, jedoch ist es auch möglich, dass diese kleinen Globulen freischwebende Planeten, die keinen Stern umkreisen, bilden könnten (es gibt noch keine stichhaltigen Beweise hierfür).

Eta Carinae

Eta Carinae ist ein riesiger, instabiler Doppelstern, der etwa 4 Millionen Mal so hell ist wie die Sonne und 5 Millionen Mal mehr Energie abgibt als diese. Somit gehört er zu den größten und hellsten Sternen in unserer Galaxie. Dieser Doppelstern, der rasant Material von seiner Oberfläche abstößt, ist bekannt für seine spektakulären und periodischen Ausbrüche und wird wahrscheinlich „bald“ (innerhalb der nächsten 100.000 Jahre) in einer Supernova explodieren. Zwischen 1837 und 1856 kam es zu der Großen Eruption, einer dieser eben genannten großen Ausbrüche, der ein Ausmaß einer Supernova hatte, ohne dabei den Stern zu zerstören. Eta Carinae war nach dem Ausbruch, auf den auch die Entstehung des Homunkulusnebel zurückzuführen ist, für kurze Zeit der zweithellste Stern am Himmel, jedoch wurde das Licht des Sterns nach dem Ausbruch sehr stark schwächer. Das Echo dieses Lichtes, das beim Ausbruch ausgesendet wurde, bietet Einblicke in das Verhalten von gewaltigen Riesensternen, die kurz vor dem explodieren stehen.

Aber nicht nur der Homunkulusnebel ist auf einen Ausbruch Eta Carinaes zurückzuführen, sondern ebenfalls die Entstehung des Horse-Shoe-Nebels, der aus einem Ausbruch vor mehr als tausend Jahren hervorgegangen ist.

Fazit:
Wie man eben gesehen hat, ermöglichen Nebel sehr aufschlussreiche Einblicke in die Geschichte und Zukunft unseres Universums. Je bessere Teleskope und andere Forschungsgeräte zur Untersuchung des Weltalls entwickelt werden, desto mehr werden wir über das Universum erfahren, also auch über Nebel und die Sternentstehung in ihnen.