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Tarantelnebel könnte Sternenenergie auf mehreren Wegen verlieren
Massereiche Sterne blasen heißes Gas in ihre Umgebung, doch die Röntgenstrahlung des Tarantelnebels fällt schwächer aus, als klassische Modelle erwarten lassen. Eine Analyse von Weltraumaufnahmen deutet nun darauf hin, dass poröse Gashüllen und die Durchmischung von heißem und kühlerem Material einen Teil des Energiedefizits erklären könnten. Auch Wärmeleitung kommt als zusätzlicher Mechanismus infrage.
Columbus (U.S.A.). In großen Sternentstehungsgebieten treiben die Winde massereicher Sterne das umliegende Gas auseinander. Stoßen diese schnellen Teilchenströme auf anderes Material, entstehen Schockwellen, die dünnes Gas auf mehrere Millionen Grad erhitzen. Dieses Gas sendet Röntgenstrahlung aus und füllt gewaltige Blasen zwischen den Sternen.
Der Tarantelnebel, auch 30 Doradus genannt, liegt rund 160.000 Lichtjahre entfernt in der Großen Magellanschen Wolke. In seinem Zentrum sitzt der junge Sternhaufen R136, dessen massereiche Sterne enorme Energiemengen freisetzen. Doch die beobachtete Röntgenstrahlung ist schwächer, als Modelle vollständig geschlossener Gasblasen erwarten lassen.
Forscher der Ohio State University (OSU) um Jennifer A. Rodriguez haben nun untersucht, wohin ein Teil dieser Energie gelangen könnte. Dazu kombinierten sie rund zwei Millionen Sekunden Röntgenbeobachtungen des Weltraumteleskops Chandra mit Aufnahmen der Teleskope Hubble und James Webb sowie Infrarotdaten von Spitzer. Die verschiedenen Wellenlängen machen heißes Gas, wärmere Gashüllen und kosmischen Staub vergleichbar.
Für ihre Analyse wertete das Team Röntgenspektren aus 84 Teilgebieten aus und untersuchte weitere 60 Bereiche entlang der Gasblasen. Besonders aufschlussreich war der Vergleich zwischen den Röntgenaufnahmen und dem Licht von Wasserstoff, das die vergleichsweise kühlen Hüllen sichtbar macht. In vielen Abschnitten ist das heiße, Röntgenstrahlen aussendende Gas im Inneren der Hüllen konzentriert.
Die Strahlung nimmt zum Rand der Blasen hin häufig ab. Gleichzeitig sind die umgebenden Hüllen nicht geschlossen, sondern bilden Bögen und unterbrochene Strukturen. Durch solche Lücken könnte heißes Gas nach außen strömen und Energie aus dem Inneren des Sternentstehungsgebiets transportieren.
Aus der räumlichen Verteilung des Röntgenlichts schätzten die Wissenschaftler für drei untersuchte Blasen einen scheinbar eingeschlossenen Anteil von 46, 55 und 73 Prozent. Diese Werte beruhen auf vereinfachten Annahmen zur Geometrie und werden durch Überlagerungen entlang der Blickrichtung beeinflusst. Sie geben deshalb nicht unmittelbar an, wie viel Gasmasse tatsächlich entweicht.
Ein zweiter möglicher Verlustweg liegt an den Grenzflächen der Gasblasen. Dort können turbulente Bewegungen heißes Material mit kühlerem Gas vermischen. Das Gemisch erreicht Temperaturen, bei denen es Wärme besonders wirksam durch Strahlung abgeben kann. Der beobachtete Rückgang des Röntgenlichts nahe den Hüllen passt zu einem solchen Kühlungsprozess.
Die Forscher verglichen die Beobachtungen außerdem mit Computersimulationen, die turbulente Durchmischung berücksichtigen. Diese bilden die grobe Anordnung des heißen Gases und der kühleren Hüllen nach. Allerdings erzeugen die Modelle zu wenig Röntgenstrahlung im Inneren der Blasen und einen anderen Helligkeitsverlauf an deren Rändern als die Aufnahmen zeigen.
Eine mögliche Erklärung dafür ist Wärmeleitung. Dabei wird Energie durch den direkten Kontakt unterschiedlich heißer Bereiche übertragen, ohne dass sich das Material vollständig vermischen muss. Die verglichenen Simulationen berücksichtigten diesen Mechanismus nicht. Ob Wärmeleitung die beobachteten Unterschiede tatsächlich erklärt, müssen deshalb erst weitere Modelle zeigen.