Das Wachstum interstellaren Staubes

Forschende vermessen die unterschiedlichen Größen interstellarer Staubkörner und erklären ihr Wachstum 

Forschende beobachten in Daten des James Webb Weltraumteleskops, wie Staubkörner in der dichten Molekülwolke Chamaeleon I wachsen. Diese kalten Staubkörner sammeln schon früh im Prozess der Sternentstehung Moleküle auf ihrer Oberfläche an. Die Ergebnisse dieser quantitativen Studie beschreiben sehr genau, wie sich Staubkörner im interstellaren Medium entwickeln und sind damit eine wichtige Grundlage für das Verständnis, wie sich Sterne und Planeten aus diesem Material bilden.

"Dank der herausragenden Empfindlichkeit des James Webb Teleskops können wir endlich detaillierte Informationen bekommen über die Staubkörner in interstellaren Wolken, in denen Sterne und Planeten entstehen", sagt Paola Caselli, Mitautorin und Leiterin des Zentrums für Astrochemische Studien am MPE. "Mit diesen neuen Daten und der Synergie zwischen Experimentatoren und Theoretikern können wir die Größe der Staubkörnchen, den Bausteinen von Planeten, genau eingrenzen.“ Diese Staubkörnchen enthalten nicht nur Material, das sich zu größeren Brocken verdichtet, sondern auch flüchtige Stoffe wie Wasser und organische Moleküle, die Bausteine präbiotischer Moleküle, die möglicherweise die ersten Schritte zum Leben darstellen. Staubteilchen gelten als Saarkörner für größere Objekte. Diese Ergebnisse tragen nicht nur dazu bei, dass Astronominnen und Astronomen die Beschaffenheit des Staubs besser kennen, sie helfen ihnen auch zu verstehen, wie Sterne und Planeten in interstellaren Molekülwolken wachsen.

Wenn interstellare Staubkörnchen wachsen, wirkt sich dies substanziell auf ihre Wechselwirkung mit Licht aus. Insbesondere streuen sie dann das Licht in erheblichem Maße und selektiv nach Wellenlängen. Die große Bandbreite an Wellenlängen, die das James Webb analysiert, macht es zu einem unverzichtbaren Instrument, um diese Veränderungen in den Spektren aufzuspüren. So können Astronomen die Größe der Körnchen im Bereich von wenigen Mikrometern bestimmen.

"Es ist eine Herausforderung, diese verzerrten Eisprofile im Infraroten zu interpretieren, die von Webb in solch dichten Wolkenregionen beobachtet werden. Dies erfordert eine komplizierte Kombination aus Laborexperimenten und mathematischer Modellierung. Das Ergebnis sind jedoch beispiellose Einblicke in die Verteilung der Korngröße", sagt der Astronom Emmanuel Dartois vom Institut für Molekularwissenschaften in Orsay, Frankreich, der als Mitglied des internationalen "Ice Age"-Teams die jetzt veröffentlichte Webb-Studie geleitet hat.

Diese Streuung verändert die spektroskopischen Profile im Infrarotbereich und macht sie zu spezifischen Indikatoren für die Veränderung der Korngröße. Insbesondere wurde die Extinktion des Lichts von Sternen hinter der dichten Chamaeleon-Wolke beobachtet, und eine detaillierte Analyse dieser Profile bestätigte, dass die eisigen Körnchen Größen von Mikrometern erreichen.

HH, BEU