Beispiele für Bok-Kügelchen. Bildnachweis: SAAO. Klicken um zu vergrößern.
Unsere Sonne gibt es seit fast fünf Milliarden Jahren. Während des größten Teils ihrer Geschichte ist die Sonne so erschienen, wie sie es heute tut - eine riesige Kugel aus strahlendem Gas und Staub, die durch Wärme, die durch Wasserstofffusion in der Nähe ihres Kerns freigesetzt wird, zum Glühen gebracht wird. Bevor unsere Sonne Gestalt annahm, musste die Materie aus dem interstellaren Medium (ISM) zusammengezogen und in einem Raum verdichtet werden, der klein genug war, um ein kritisches Gleichgewicht zwischen weiterer Kondensation und Stabilität herzustellen. Dazu musste ein empfindliches Gleichgewicht zwischen nach außen ausgeübtem Innendruck und nach innen bewegendem Gravitationseinfluss überwunden werden.
1947 gab der Harvard-Beobachtungsastronom Bart Jan Bok das Ergebnis jahrelanger Untersuchungen einer wichtigen Untergruppe von kalten Gasen und Staub bekannt, die häufig mit einem ausgedehnten Nebel verbunden sind. Bok schlug vor, dass bestimmte isolierte und unterschiedliche Kügelchen, die das Hintergrundlicht im Weltraum verdecken, tatsächlich ein wichtiges Vorstadium bei der Bildung von Protostellarscheiben waren, die zur Geburt von Sternen wie unserer Sonne führten.
Nach der Ankündigung von Bok entstanden viele physikalische Modelle, um zu erklären, wie Bok-Kügelchen zu Sternen werden könnten. Typischerweise beginnen solche Modelle mit der Vorstellung, dass Materie in Regionen des Weltraums zusammenkommt, in denen das interstellare Medium besonders dicht (in Form von Nebel), kalt und dem Strahlungsdruck benachbarter Sterne ausgesetzt ist. Irgendwann kann genug Materie in einem Bereich kondensieren, der so klein ist, dass die Gravitation den Gasdruck und die Gleichgewichtsspitzen zugunsten der Sternentstehung überwindet.
Laut dem am 10. Juni 2005 veröffentlichten Artikel „Nahinfrarot-Bildgebung von Bok-Globuli: Dichtestruktur“ schlagen Ryo Kandori und ein Team von vierzehn anderen Forschern vor, „dass eine nahezu kritische Bonner-Ebert-Kugel die kritische Dichte sternloser Globuli charakterisiert“.
Das Konzept einer Bonner-Ebert-Kugel basiert auf der Idee, dass in einer idealisierten Gas- und Staubwolke ein Kräfteverhältnis bestehen kann. Es wird angenommen, dass eine solche Kugel eine konstante Innendichte aufweist, während das Gleichgewicht zwischen dem Expansionsdruck, der durch Gase einer bestimmten Temperatur und Dichte verursacht wird, und dem Gravitationseinfluss ihrer Gesamtmasse, unterstützt durch einen von benachbarten Sternen ausgeübten Gas- oder Strahlungsdruck, aufrechterhalten wird. Dieser kritische Zustand bezieht sich auf den Durchmesser der Kugel, ihre Gesamtmasse und den Druck, der durch latente Wärme in ihr erzeugt wird.
Die meisten Astronomen haben angenommen, dass sich das Bonner-Ebert-Modell - oder eine Variation davon - letztendlich als genau erweisen würde, um den Punkt zu beschreiben, an dem eine bestimmte Bok-Kugel die Linie überquert, um eine Protostellarscheibe zu werden. Heute haben Ryo Kandori et al. Aus einer Vielzahl von Bok-Kügelchen genügend Beweise gesammelt, um stark darauf hinzuweisen, dass diese Vorstellung richtig ist.
Das Team wählte zunächst zehn Bok-Kügelchen zur Beobachtung aus, basierend auf der geringen scheinbaren Größe, der nahezu kreisförmigen Form, der Entfernung zum benachbarten Nebel, der Nähe zur Erde (weniger als 1700 LYs entfernt) und der Zugänglichkeit zu lokalisierten Instrumenten zum Sammeln von Nahinfrarot und Radiowellen sowohl in der nördlichen als auch in der südlichen Hemisphäre. Aus einer Liste von fast 250 solcher Kügelchen wurden nur diejenigen aufgenommen, die die oben genannten Kriterien erfüllen. Unter den ausgewählten zeigte nur einer Hinweise auf eine Protostellarscheibe. Diese eine Scheibe hatte die Form einer Punktquelle für Infrarotlicht, die während einer von IRAS (Infrared Astronomy Satellite - ein Gemeinschaftsprojekt der USA, Großbritanniens und der Niederlande) durchgeführten All-Sky-Vermessung erfasst wurde. Alle zehn Kügelchen befanden sich in stern- und nebelreichen Regionen der Milchstraße.
Nachdem die Kandidaten für die Bok-Kügelchen ausgewählt worden waren, unterzog das Team jede von ihnen einer Reihe von Beobachtungen, um ihre Masse, Dichte, Temperatur, Größe und, wenn möglich, den Druck zu bestimmen, den das ISM und das benachbarte Sternenlicht auf sie ausüben. Eine wichtige Überlegung war, ein Gefühl dafür zu bekommen, ob es im gesamten Globulus Schwankungen in der Dichte gab. Das Vorhandensein eines gleichmäßigen Drucks ist besonders wichtig, um zu bestimmen, welches der verschiedenen theoretischen Modelle am besten gegen die Konstitution der Module selbst abgebildet werden kann.
Unter Verwendung eines bodengestützten Instruments (1,4 Meter IRSF am South African Astronomical Observatory) in den Jahren 2002 und 2003 wurde nahes Infrarotlicht in drei verschiedenen Bändern (J, H und K) von jeder Kugel bis zur Stärke 17 plus gesammelt. Die Bilder wurden dann integriert und mit Licht verglichen, das aus der Hintergrundsternregion stammt. Diese Daten wurden verschiedenen Analysemethoden unterzogen, um es dem Team zu ermöglichen, die Dichte von Gas und Staub über jede Kugel bis zu dem durch die Sehbedingungen unterstützten Auflösungsgrad (ungefähr eine Bogensekunde) abzuleiten. Diese Arbeit stellte im Wesentlichen fest, dass jede Kugel einen einheitlichen Dichtegradienten basierend auf ihrer projizierten dreidimensionalen Verteilung zeigte. Das Bonner-Ebert-Kugelmodell sah sehr gut aus.
Das Team beobachtete jede Kugel auch mit dem 45-Meter-Radioteleskop des Nobeyama Radio Observatory in Minamisaku, Nagano, Japan. Die Idee hier war, spezifische Radiofrequenzen zu sammeln, die mit angeregtem N2H + und C18O assoziiert sind. Durch Betrachtung des Ausmaßes der Unschärfe in diesen Frequenzen konnte das Team die Innentemperatur jeder Kugel bestimmen, die zusammen mit der Dichte des Gases verwendet werden kann, um den Gasdruck innerhalb jeder Kugel zu approximieren.
Nachdem das Team die Daten gesammelt, analysiert und die Ergebnisse quantifiziert hatte, stellte es fest, dass sich mehr als die Hälfte der sternlosen Globuli (7 von 11 Quellen) in der Nähe des kritischen Zustands (Bonner-Ebert) befindet. Wir schlagen daher vor, dass eine nahezu kritische Bonner-Ebert-Kugel die typische Dichtestruktur sternloser Kügelchen charakterisiert. “ Darüber hinaus stellte das Team fest, dass drei Bok-Globuli (Coalsack II, CB87 & Lynds 498) stabil sind und sich eindeutig nicht in der Sternentstehung befinden. Vier (Barnard 66, Lynds 495, CB 161 & CB 184) befinden sich in der Nähe des stabilen Bonner- Ebert-Zustand, aber Tendenz zur Sternentstehung basierend auf diesem Modell. Schließlich bewegen sich die verbleibenden sechs (FeSt 1-457, Barnard 335, CB 188, CB 131, CB 134) eindeutig in Richtung Gravitationskollaps. Zu diesen sechs „Stars in the Making“ gehören die Globuli CB 188 und Barnard 335, von denen bereits bekannt ist, dass sie Protostellarscheiben besitzen.
An einem relativ wolkenlosen Tag braucht es nicht viel Instrumentierung, um zu beweisen, dass eine sehr einzigartige und wichtige „Bok-Kugel“, die vor etwa 5 Milliarden Jahren existierte, es geschafft hat, die Waage zu kippen und ein Star im Entstehen zu werden. Unsere Sonne ist ein feuerfester Beweis dafür, dass Materie - sobald sie ausreichend verdichtet ist - einen Prozess beginnen kann, der zu außergewöhnlichen neuen Möglichkeiten führt.
Geschrieben von Jeff Barbour
