Kosmischer Materiekreislauf und Sternentstehung

Kosmischer Materiekreislauf und Sternentstehung
Kosmischer Materiekreislauf
Sterne entstehen aus interstellarer Materie
Sterne geben Materie an die
interstellare Materie ab
Die Metallizität der interstellaren Materie nimmt im
Mittel mit jeder Sterngeneration zu
Wie entstehen Sterne?
Die interstellare Materie liefert das Baumaterial ...
Besteht aus Wasserstoff und Helium (zusammen 98%) und „Metallen“ (2%)
Tritt als Gas und Staub auf
Eigenschaften der interstellaren Materie
• Sehr geringe Dichte – im Mittel etwa ein Atom pro cm³
• Milchstraße: 99% der Materie in Sternen gebunden, 1% interstellare
Materie
• Das interstellare Gas hat sehr unterschiedliche Temperaturen, von ca. 10 K
bis zu einigen 10 Millionen K
• Bei den kühlsten Temperaturen (in den Kernen von Dunkelwolken) bilden
sich z.T. komplexe Moleküle wie 𝐻2 , 𝐻2 𝑂, 𝐶𝑂, 𝐶𝐻, 𝑂𝐻 und natürlich
𝐶2 𝐻5 𝑂𝐻
• Die Molekülbildung erfolgt nicht direkt aus der Gasphase heraus, sondern
(katalytisch) auf der Oberfläche von Staubpartikel
Moleküle treten immer in besonders dichten (100 bis 106 Teilchen pro cm³) und
kühlen (10 – 50 K) Gaswolken auf → Molekülwolken
Kühle Molekülwolken neigen zu Instabilitäten  Gravitationskollaps
Sagittarius B2 – eine der größten Molekülwolken unserer Milchstraße
Enthält ~1027 Flaschen Himbeergeist ....
2009 – Entdeckung von Ameisensäureethylester,
welches dem Alkohol Himbeergeschmack verleiht
Die Beobachtung der Sternentstehung ist eine Domäne der Infrarot-Astronomie
„Moden“ der Sternentstehung
Sterne entstehen beim Gravitationskollaps einer Gas- und Staubwolke
Massereiche Sterne (M > 2 𝑴⊙ )
SPIRALARME
Massearme Sterne (M < 𝟐 𝑴⊙
Das Paradigma der Stern- und Planetenentstehung
• Kühle Molekülwolken sind im Rahmen des kosmischen „Materiekreislaufs“
Ausgangspunkte für die Sternentstehung
• Beim Gravitationskollaps entstehen Protosterne, die von einer dichten Gas- und
Staubhülle umgeben sind. Diese zirkumstellaren Staubscheiben können in
Sternentstehungsgebieten (z.B. im Orion-Komplex) auch direkt beobachtet werden
• In Form von primitivem meteoritischen Materials haben Proben aus dem solaren
Nebel bis heute überdauert. Aus ihnen lassen sich durch Laboruntersuchungen die
Entstehungsbedingungen rekonstruieren.
• Bei einer ganzen Anzahl von Sternen konnten Planeten nachgewiesen werden, was
darauf hindeutet, daß planetare Körper ein gewöhnliches Nebenprodukt der
Sternentstehung sind.
Der Gravitationskollaps einer kalten Molekülwolke
Die Bedingung, damit eine Gas- und Staubwolke unter ihrer Eigengravitation
kollabieren kann, hat zum ersten mal James Hopwood Jeans (1877-1946)
um das Jahr 1900 angegeben:
Jeans-Kriterium:
 folgt aus dem Viral-Satz
Es existiert ein Grenzradius einer Gaswolke, ab der sie unweigerlich instabil wird:
Wenn eine Gas- und Staubwolke kollabiert, ergeben sich während des Kollaps in der
Wolke weitere Bereiche, auf denen das Jeans-Kriterium zutrifft
 Kollabierende Molekülwolken führen zur Entstehung von Sternhaufen!
NGC 3603 - Entfernung 22000 Lj, Alter ca. 2 Millionen Jahre
Entwicklungsstufen der Sternentstehung
a) Kalte Molekülwolke wird von selbst oder angeregt durch stellare Winde oder
Stoßwellen durch Supernovae instabil und beginnen im freien Fall zu kollabieren
b) Dabei kommt es zur Fragmentation der Wolke, wodurch eine Vielzahl von
kollabierenden Teilwolken entstehen, die z.T. weiter fragmentieren können
c) Aufgrund der Drehimpulserhaltung entsteht eine zirkumstellare Scheibe, in deren
Zentrum sich der Protostern befindet
M 16
Adlernebel
Proplyds im Großen Orionnebel
Nächstes Mal: Entstehung und Entwicklung protoplanetarer Scheiben