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WISSENSCHAFT IM TREND: So sieht es aus, wenn ein Stern entsteht

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln die weltweit realistischste Simulation der Sternentstehung.

Grundlagenforschung

Haben Sie sich beim Anblick des Sternenhimmels auch schon einmal gefragt, wie ein Stern entsteht? Für jeden Stern, der stirbt, werden neue geboren. Ihre Entstehung ist genauso faszinierend wie die Sterne an sich. Die Geburt eines Sterns findet über einen Zeitraum von Millionen Jahren statt. Wie in einer Arbeit in der Fachzeitschrift „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ berichtet wird, verwendeten Forschende ein Instrument namens STARFORGE (STAR FORmation in Gaseous Environments), um innerhalb von etwa einer Minute zu simulieren, wie große Wolken aus Materie im Weltraum schließlich Sterne bilden.

Hochmoderne Computersimulationen – der Ort, an dem Sterne geboren werden

Die meisten Sterne entstehen in großen Wolken aus Gas und Staub, auch als Nebel oder Nebelflecken bezeichnet. STARFORGE stellt präzise dar, was tatsächlich in den riesigen Gaswolken im Weltraum passiert, aus denen sich schließlich Sterne und Planeten bilden. Ein neues Video zeigt die erste numerische Simulation der Entstehung von Sternen. Es bildet mehrere Millionen Jahre in weniger als neunzig Sekunden ab und gilt als das bislang realistischste Modell. „Menschen versuchen nun schon seit einigen Jahrzehnten die Entstehung von Sternen zu simulieren, aber STARFORGE ist ein Quantensprung der Technologie“, erklärt Michael Grudić von der Northwestern University in den USA in einer Pressemitteilung. „Andere Modelle waren bislang nur in der Lage, einen kleinen Ausschnitt der Wolken zu simulieren, in denen Sterne entstehen – nicht die gesamte Wolke in hoher Auflösung. Ohne das große Ganze zu betrachten, übersehen wir viele Faktoren die die Entstehung eines Sterns beeinflussen könnten.“ Bei der Entwicklung von STARFORGE berücksichtigten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedene physikalische Faktoren, wie Temperatur, Schwerkraft, Magnetfelder und Gasdynamiken. Über drei Monate lang führten sie Simulationen auf Frontera, einem der weltgrößten und leistungsstärksten Supercomputer der Welt, durch. Ein Stern stößt bei seiner Entstehung Gasstrahlen, sogenannte Jets, entlang seiner Pole aus. Dies verhindert, dass der Stern zu groß wird. Den Ergebnissen zufolge helfen die von den neuen Sternen ausgestoßenen Jets dabei, zu kontrollieren, wie viel Material ein Stern anhäuft. In Simulationen ohne Jets waren normale Sterne etwa zehnmal so groß wie die Sonnenmasse – viel größer als ein realistischer, durchschnittlicher Stern. In Simulationen mit Jets betrug die Masse der Sterne weniger als die Hälfte der Sonnenmasse – eine realistischere Größenordnung. „Die Jets unterbrechen den Zufluss von Gas zum Stern“, erläutert Dr. Grudić. „Im Grunde genommen setzen sie das Gas frei, das sich sonst im Stern angesammelt und seine Masse vergrößert hätte. Man hat immer vermutet, dass dies so vor sich geht, aber da wir das ganze System simulieren können, bekommen wir ein solides Verständnis vom Ablauf.“

Kernfragen über das Universum beantworten

„Ein besseres Verständnis der Sterne wird uns zu einem größeren Wissen über das Universum und unseren Platz darin verhelfen“, glaubt Dr. Grudić. „Wenn wir die Bildung von Sternen verstehen, dann können wir auch die Entstehung von Galaxien verstehen. Und indem wir die Entstehung von Galaxien begreifen, können wir besser nachvollziehen, woraus das Universum besteht. Zu verstehen, woher wir kommen und wo sich unser Platz im Universum befindet, hängt letztendlich davon ab, die Ursprünge der Sterne zu kennen.“ „Wie sich Sterne bilden, ist eine zentrale Frage in der Astrophysik“, beschreibt Claude-André Faucher-Giguère, Erstautor und Astrophysiker an der Northwestern University. „Die Frage stellt aufgrund der vielen beteiligten physikalischen Prozesse eine große Herausforderung dar. Mit dieser neuen Simulation können wir fundamentale Fragen angehen, die wir definitiv bislang nicht beantworten konnten.“

Schlüsselbegriffe

Stern, STARFORGE, Sternentstehung, Gas, Simulation, Jet, Universum, Weltall, Wolke