Von dunklen Wolken bis zu Sternhaufen

Obwohl die meisten Sterne in der Milchstraße wahrscheinlich in Sternhaufen geboren wurden ist der Ursprung dieser Haufen nach wie vor ein Rätsel. Im Rahmen der vorgelegten Studie planen wir dieses Problem durch Beobachtungen mit den modernsten Teleskopen und Instrumenten und der Analyse von dem daraus resultierenden Datensatz anzugreifen. Die Beobachtungen, die sich auf einen großen Wellenlängenbereich konzentrieren, wurden entweder schon durchgeführt, oder aber die entsprechenden Projekte sind schon genehmigt. Der innovative Aspekt dieses Projekts ist, dass es sich nicht ausschließlich entweder auf die physikalischen Bedingungen von sehr jungen Sternhaufen, oder auf die Struktur und Eigenschaften von Molekülwolken beschränkt, sondern diese beiden Ansätze miteinander verbindet. Die Beobachtungen, die in diese Arbeit einfließen, wurden derart gestaltet, dass einerseits, für hohe räumliche Auflösungen, die uns nächste sehr massereiche Sternentstehungsregion (Orion A) mit inbegriffen ist, andererseits, für eine statistische Herangehensweise, die in etwa 100 massereichsten Sternentstehungsregionen in der Milchstraße studiert werden können. Dieser Datensatz besteht im Wesentlichen aus Beobachtungen eines Großteils der Orion A Molekülwolke durch VISTA und einem mehrere Beobachtungsnächte andauernden Projekt mit VLT-NACO bzw. VLT-ISAAC. Wir beantragen daher zwei PhD-Stellen für Studenten der Universität Wien (Josefa Großschedl und Stefan Meingast). Dieses Projekt wird eine Reihe von neuen Einblicken in den Prozess der Sternentstehung gewähren, also wie große Molekülwolken in Sternhaufen umgewandelt werden, und es wird eine solide empirische Basis für theoretische Modelle liefern.

Betrachtet man den Winternachthimmel, lässt sich das Sternbild Orion schnell entdecken. Selbst der berühmte Orionnebel ist mit freiem Auge zu sehen. Dieser ist Teil der riesigen Sternentstehungsregion Orion A, eine sogenannte Riesenmolekülwolke, die nächstgelegene zu unserer Erde (innerhalb 1600 Lj). Daher dient diese Wolke uns Astronomen als Prototyp um die Entstehung der Sterne zu erforschen, womit sich auch unsere Forschungsgruppe in Wien beschäftigt. Durch die Beobachtung von Orion A im Nahinfrarot mit dem ESO-Vista Teleskop, wurde die sogenannte Vienna Survey in Orion (VI S I O N) gestartet. Die Infrarotaufnahmen ermöglichen einen Blick auf junge Sterne die in der Wolke verborgen und daher im optischen Licht unsichtbar sind. Im Rahmen des FWF Projekts Von dunklen Wolken bis zu Sternenhaufen konnte die Doktoratsstudentin Josefa Großschedl die Erstellung des bisher vollständigsten Katalogs von jungen Sternen in Orion A, mit Hilfe von Archivdaten und den VI S I O N Daten, erarbeiten. Ein Mysterium der Orion A Molekülwolke sindihreverschiedenen Sternentstehungsumgebungen. Die Region um den Orionnebel produzierte eine große Anzahl von massearmen und auch den selteneren massereichen Sternen, die gemeinsam den Orionnebel-Sternhaufen im Norden der Wolke ergeben. Im südlichen Teil der Wolke befinden sich ausgedehnte Regionen, welche nur masseärmere Sterne produzieren, die daher relativ dunkel erscheinen, vergleichbar mit anderen nahen Sternentstehungsregionen. Mit Hilfe des neuen Sternenkatalogs konnten wir feststellen, dass die Region um den Sternhaufen etwa zehn mal mehr Sterne produziert hat als der Rest der Wolke. Zuvor nahm man an, dass diese höhere Sternentstehungsrate durch ein größeres Gasreservoir in diesem Teil der Wolke verursacht wurde. Wenn man sich jedoch die Gasverteilung entlang der Wolke genauer ansieht, gemessen mit Hilfe des Herschel Weltraumteleskops, erkennt man, dass das Gas relativ gleichmäßig verteilt ist. Dieser scheinbare Widerspruch führt zu neuen Fragen. Was sind die tatsächlichen Entstehungsmechanismen der Wolke und ihrer jungen Sterne? Um diese für uns wichtige Sternentstehungsregion besser zu verstehen, verwendeten wir die im April 2018 veröffentlichten Daten des Gaia Weltraumsatelliten. Dieser liefert Distanzen zu allen ihm sichtbaren Sternen mit höherer Präzision und vollständiger als jemals zuvor. Damit können wir, unter Verwendung der jungen Sterne, indirekt die 3D Struktur der Wolke erforschen. Für Orion A konnten wir zeigen, dass sich Sterne um den Orion Nebel bei einer Entfernung von etwa 1300 Lj befinden, was frühere Annahmen bestätigt. Jedoch, die Entfernungen der Sterne in der südlichen Region weisen darauf hin, dass dieser Teil der Wolke in steilem Winkel von uns weg geneigt ist, mit Entfernungen bis zu 1600 Lj. Dies bedeutet, dass die Wolke etwa doppelt so lang ist als bisher angenommen. Betrachtet man nun die Form der Wolke in 3D, zeigt sich unter anderem, dass der nördliche kürzere Teil abgeknickt zu sein scheint, relativ zum südlichen langgestreckten Teil der Wolke. Unsere Ergebnisse zeigen die außergewöhnlichen neuen Entdeckungen, die mit VI S I O N und Gaia ermöglicht wurden, welche wiederum zu neuen wissenschaftlichen Fragen führen: Wie erhielt Orion A die heutige Gestalt und was verursachte die unterschiedlichen Sternentstehungsmechanismen in dieser Wolke? Diese und andere Fragen, aufgezeigt durch Gaia, werden die Astronomen wohl noch über Jahrzehnte beschäftigen und man kann sich auf weitere spannende Ergebnisse freuen.