Hitzewelle kündet vom Wachstum eines Sternembryos

Physik-News vom 18.01.2020


Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) hat in der Umgebung eines massereichen Protosterns eine sich ausbreitende Hitzewelle nachgewiesen. Sie bestätigt das Szenario, dass solche Objekte in Schüben wachsen. Sichtbar wurde diese Welle durch die Beobachtung von natürlich erzeugten Mikrowellen-Lasern, deren räumliche Anordnung sich unerwartet schnell veränderte.

Auch wenn die Grundzüge der Entstehung von Sternen inzwischen gut verstanden sind, ist die Existenz von massereichen Sternen in manchen Details noch rätselhaft. Durch den enormen Schweredruck im Innern eines massereichen Protosterns startet die Kernfusion, während dessen er noch wächst. Das weitere Wachstum wird durch den Strahlungsdruck des jungen Sterns erschwert. Um diesen Widerstand zu überwinden, könnte die Akkretion von Material aus einer zirkumstellaren Scheibe phasenweise in einzelnen großen Paketen geschehen. Während dieses Vorgangs nimmt seine Helligkeit kurzzeitig stark zu. Allerdings sind solche Schwankungen schwer zu beobachten, da Protosterne tief in dichten Wolken eingebettet sind.


Künstlerische Darstellung eines Protosterns, der aus einer zirkumstellaren Scheibe Gas akkretiert und wächst.

Publikation:


R. A. Burns et al.
A heatwave of accretion energy traced by masers in the G358-MM1 high-mass protostar
Nature Astronomy (2020)

DOI: 10.1038/s41550-019-0989-3



Ein internationaler Zusammenschluss von Astronomen zur Maser Monitoring Organisation (M2O), an dem das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) beteiligt ist, hat nun durch Beobachtungen mit mehreren Radioteleskopen eine Hitzewelle nachgewiesen, die sich in der Umgebung des massereichen Protosterns G358-MM1 ausbreitet. Nachfolgebeobachtungen konnten bestätigen, dass sie durch eine zeitlich begrenzte Zunahme der Akkretionstätigkeit hervorgerufen wurde.


Illustration des Mechanismus, wie die sich ausbreitende Hitzewelle auf ihrem Weg Maseraktivität in dem Material anregt, das den Protostern umgibt.

Verraten hat sich die Hitzewelle durch die Aktivität von Masern. Maser sind das Pendant zu Lasern, die jedoch statt sichtbarem Licht Mikrowellenstrahlung – oder Radiostrahlung – abgeben. Sie kommen in massereichen Sternentstehungsgebieten als natürliche, sehr helle und kompakte Strahlungsquellen vor. Sowohl die vergleichsweise hohen Temperaturen und Dichten als auch der Reichtum an komplexer Chemie in solchen Umgebungen begünstigen ihre Entstehung. Im vorliegenden Fall ist es das Methanol (Methylalkohol), das von der intensiven Strahlung des Protosterns angeregt wird und Maser erzeugt.

Die Wissenschaftler, die im Abstand von einigen Wochen Radio-Interferometrie-Daten mit hoher räumlicher Auflösung von 0,005 Bogensekunden (1 Winkelgrad = 3600 Bogensekunden) aufnahmen, entdeckten, dass sich die Maser auszubreiten schienen. Die ermittelte Geschwindigkeit mit bis zu 8 % der Lichtgeschwindigkeit war aber zu hoch, als dass sie mit der Bewegung von Gas vereinbar wäre. Stattdessen schließen die Astronomen auf eine Welle, die das umgebende Medium durchläuft und auf ihrem Weg Maseraktivität auslöst. Ihren Ursprung hat diese Hitzewelle in der Akkretion von Gas auf den Protostern.

„Die M2O-Beobachtungen gehören zu den ersten, die die unmittelbaren Auswirkungen eines Akkretionsschubs in einem massereichen Protostern so detailliert bezeugen, dass sie die episodische Akkretionstheorie der massereichen Sternentstehung unterstützen“, erläutert Ross Burns vom National Astronomical Observatory of Japan, der die Arbeitsgruppe leitet.

Hendrik Linz vom MPIA ergänzt: „Die eigentliche Hitzewelle direkt im thermischen Infrarot zu beobachten, wäre sehr kompliziert. Die Maser als starke Strahlungsquellen in einem leicht zugänglichen Wellenlängenbereich sind ein sehr gutes Beobachtungswerkzeug, um auf kleinen räumlichen Skalen, und somit auf kurzen Zeitskalen nach einem Ausbruch, den Durchgang so einer Hitzewelle indirekt nachzuvollziehen.“

Die Partner des M2O-Projekts werden auch in Zukunft die Maser in vielen Sternentstehungsgebieten überwachen, um so mehr über das Wachstum von massereichen Protosternen zu erfahren.


Die News der letzten 14 Tage 11 Meldungen

28.11.2022
Elektrodynamik | Festkörperphysik
Wie man Materialien durchschießt, ohne etwas kaputt zu machen
Wenn man geladene Teilchen durch ultradünne Materialschichten schießt, entstehen manchmal spektakuläre Mikro-Explosionen, manchmal bleibt das Material fast unversehrt.
25.11.2022
Sonnensysteme | Astrophysik
Im dynamischen Netz der Sonnenkorona
In der mittleren Korona der Sonne entdeckt ein Forscherteam netzartige, dynamische Plasmastrukturen – und einen wichtigen Hinweis auf den Antrieb des Sonnenwindes.
25.11.2022
Exoplaneten | Astrophysik
Rätselraten um einen jungen Exo-Gasriesen
Eine Foschergruppe hat einen Super-Jupiter um den sonnenähnlichen Stern HD 114082 entdeckt, der mit einem Alter von 15 Millionen Jahren der jüngste Exoplanet seiner Art ist.
24.11.2022
Teilchenphysik | Festkörperphysik | Quantenphysik
Spin-Korrelation zwischen gepaarten Elektronen nachgewiesen
Physiker haben erstmals experimentell belegt, dass es eine negative Korrelation gibt zwischen den beiden Spins eines verschränkten Elektronenpaares aus einem Supraleiter.
23.11.2022
Festkörperphysik | Quantenoptik
Lichtstrahlen beim Erlöschen zusehen
Ein Forschungsteam konnte erstmals messen, wie das Licht eines Leuchtzentrums in einem Nanodraht nach dessen Anregung durch einen Röntgenpuls abklingt.
22.11.2022
Exoplaneten | Teleskope
Weltraumteleskop JWST: Neues von den Atmospären von Exoplaneten
Beobachtungen des Exoplaneten WASP-39b mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben eine Fülle von Informationen über die Atmosphäre des Planeten geliefert.
21.11.2022
Galaxien | Schwarze Löcher | Teleskope
Schärfster Blick in den Kern eines Quasars
Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern präsentiert neue Beobachtungen des ersten jemals identifizierten Quasars.
22.11.2022
Festkörperphysik | Physikdidaktik
Chemielehrbücher: Es gibt keine Kohlensäure - Falsch!
Die Existenz von Kohlensäure war in der Wissenschaft lange umstritten: theoretisch existent, praktisch kaum nachweisbar, denn an der Erdoberfläche zerfällt die Verbindung.
21.11.2022
Quantenphysik
Ein Quant als Winkel
Die Feinstrukturkonstante ist eine der wichtigsten Naturkonstanten überhaupt: In Wien fand man nun eine bemerkenswerte neue Art, sie zu messen – nämlich als Drehwinkel.
21.11.2022
Akustik | Quantenoptik
Akustische Quantentechnologie: Lichtquanten mit Höchstgeschwindigkeit sortiert
Einem deutsch-spanischen Forscherteam ist es gelungen einzelne Lichtquanten mit höchster Präzision zu kontrollieren.

Mehr zu den Themen

24.04.2020
Elektrodynamik | Quantenoptik

Vermessung der Dynamik von Skyrmionen aus Licht auf ultraglatten Goldplättchen
Im Zentrum eines Wirbels bestehen sehr hohe Drehgeschwindigkeiten, die bei großen Tornados gewaltige Zerstörungskräfte entfalten können.
16.04.2018
Festkörperphysik | Quantenoptik

Ein Wimpernschlag vom Isolator zum Metall
Dank der geschickten Kombination neuartiger Technologien lassen sich vielversprechende Materialien für die Elektronik von morgen untersuchen.
22.08.2017
Astrophysik | Quantenoptik

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten
Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) konnten mit Kollegen aus Deutschland und den USA zeigen, dass sich in den Eisriesen unseres Sonnensystems „Diamantregen“ bildet.
21.12.2018
Quantenoptik

Moleküle aus mehreren Blickwinkeln
Lasergetriebene Röntgen-Laborquellen liefern neue Einsichten - Forscher am MBI haben erfolgreich Absorptionsspektroskopie im sog.
18.10.2018
Astrophysik | Quantenoptik

Erstes Bose-Einstein-Kondensat im Weltraum erzeugt
Physiker schaffen Grundlagen für präzisen Test des Einstein’schen Äquivalenzprinzips – Aktuelle Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature.
13.10.2020
Quantenphysik | Quantenoptik

Meilenstein in der Quantenphysik: Physikern gelingt der kontrollierte Transport von gespeichertem Licht
Patrick Windpassinger und sein Team demonstrieren, wie sich in einer Wolke aus ultrakalten Atomen gespeichertes Licht über ein "optisches Förderband" transportieren lässt.
14.06.2019
Festkörperphysik | Quantenoptik

Starre Bindungen für neue Smartphone-Datenspeicher
Experimente am Röntgenlaser zeigen, wie die Datenspeicherung mit neuen Phasenwechselmaterialien noch besser und effizienter werden könnte.
12.10.2018
Quantenoptik

Materiezustände durch Licht verändern
Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von Quantenmaterie so zu stören, dass ein spezieller Zustand – die sogenannte Suprafluidität – hergestellt werden konnte.
03.06.2019
Elektrodynamik | Quantenoptik

Präzises Vermessen von Magnetismus mit Licht
Die Untersuchung magnetischer Materialien mit extremer ultravioletter Strahlung ermöglicht es, ein detailliertes mikroskopisches Bild davon zu erhalten, wie magnetische Systeme mit Laserpulsen interagieren – die schnellste Möglichkeit zur Manipulation eines magnetischen Materials.
12.04.2022
Quantenoptik | Teilchenphysik

Intensives Laserlicht ändert Paarungsverhalten von Elektronen
Die quantenmechanische Austauschwechselwirkung zwischen Elektronen, eine Konsequenz des Pauli-Prinzips, kann man mit intensiven Infrarot-Lichtfeldern auf Zeitskalen weniger Femtosekunden gezielt verändern.
08.05.2019
Festkörperphysik | Quantenoptik

Experimenteller Meilenstein: Lichtbasierter Computerchip funktioniert ähnlich wie das Gehirn
Einem internationalen Forscherteam der Universitäten Münster, Oxford und Exeter ist die Entwicklung einer Hardware gelungen, die den Weg in Richtung hirnähnliche Computer ebnen könnte: Die Nanowissenschaftler haben einen Chip hergestellt, auf dem sich ein Netz aus künstlichen Neuronen und Synapsen erstreckt, das in der Lage ist, Informationen zu „lernen“ und auf Basis dessen zu rechnen.
03.08.2017
Quantenoptik

Ruckartige Bewegung schärft Röntgenpulse
Spektral breite Röntgenpulse lassen sich rein mechanisch „zuspitzen“.
25.08.2021
Quantenoptik

Laserstrahlen in Vakuum sichtbar gemacht
Einen Lichtstrahl kann man nur dann sehen, wenn er auf Materieteilchen trifft und von ihnen gestreut oder reflektiert wird, im Vakuum ist er dagegen unsichtbar.
18.06.2021
Quantenoptik

Paradoxe Wellen: Gefangene Lichtteilchen auf dem Sprung
Physikern ist es gelungen, ein neuartiges Verhalten von Lichtwellen zu beobachten, bei welchem Licht durch eine neue Art von Unordnung auf kleinste Raumbereiche begrenzt wird.
17.05.2018
Quantenoptik | Teilchenphysik

Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt
Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom?
05.12.2018
Quantenoptik | Teilchenphysik

Lichtblitze aus dem Plasmaspiegel
Physiker des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik, der Ludwig-Maximilians- Universität München und der Umeå Universität haben relativistische Plasmen aus schnellen Elektronen erstmals genutzt, um intensive, isolierte Attosekunden-Lichtblitze zu erzeugen.
24.09.2021
Quantenoptik

Winzige Laser, die wie einer zusammenwirken
Israelische und deutsche Forscher:innen des Exzellenzclusters ct.
02.10.2019
Festkörperphysik | Quantenoptik

Viele Varianten führen zu weißem Laserlicht
Gute Ausstrahlung kommt nicht von alleine: Neuartige Halbleiterverbindungen eignen sich dazu, gerichtetes weißes Licht zu erzeugen, wenn ihre Seitengruppen eine ausreichende Elektronendichte aufweisen.
02.04.2020
Festkörperphysik | Quantenoptik

Wie man Schmutz einfach entfernt
Schmutz ist nicht immer gleich Schmutz. Staub haftet nur wenig an Oberflächen. Es gibt aber auch Schmutz, wie zum Beispiel eingetrocknete Farbe, welcher stark klebt. Doch wie kann man die Hafteigenschaften einer Oberfläche gezielt einstellen, so dass unterschiedlicher Schmutz nicht dran kleben bleibt?
19.02.2019
Quantenoptik

Physiker der TU Dortmund legt neue Grundlagen für die Weiterentwicklung von Strahlungsquellen
Die Forschungsergebnisse des Teams um JProf.
16.10.2020
Quantenoptik | Teilchenphysik

Zepto-Sekunden: Neuer Weltrekord in Kurzzeit-Messung
Im weltweiten Wettlauf um die Messung der kürzesten Zeitspanne liegen jetzt Physikerinnen und Physiker der Goethe-Universität Frankfurt vorn.
19.03.2021
Quantenoptik

Chromatischer Lichtteilcheneffekt für die Entwicklung photonischer Quantennetzwerke enthüllt
Es ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung.
01.09.2021
Quantenoptik | Teilchenphysik

Lichtinduzierte Formänderung von MXenen
Licht im Femtosekundenbereich erzeugt schaltbare Nanowellen in MXenen und bewegt deren Atome mit Rekordgeschwindigkeit.
13.05.2022
Quantenoptik

Mehr Effizienz für optische Quantengatter
Quantencomputer sollen künftig nicht nur besonders knifflige Rechenaufgaben lösen, sondern sich auch zu einem Netzwerk für den sicheren Austausch von Daten verbinden lassen.
29.10.2018
Quantenoptik | Teilchenphysik

Weyl-Fermionen im Spotlight
Forscher aus der Theorieabteilung des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg und der North Carolina State University in den USA haben gezeigt, dass der lang gesuchte semi-metallische, magnetische Weyl-Zustand mit ultraschnellen Laserpulsen in magnetischen Materialien, den sogenannten Pyrochlor-Iridaten, erzeugt werden kann.
30.06.2017
Quantenoptik

Laser World of Photonics 2017: Fraunhofer IOF präsentiert neue Technologie für Quantenkommunikation
In naher Zukunft wird Quantenkryptographie ein wichtiges Thema für die sichere Übertragung von Kommunikation spielen.
24.05.2019
Atomphysik | Quantenoptik

Direkte Abbildung von Riesenmolekülen
Physiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) konnten riesige zweiatomige Moleküle erzeugen und mit einem hochaufgelösten Mikroskop direkt abbilden.
02.11.2018
Quantenphysik | Quantenoptik

Komplexer Quantenteleportation einen Schritt näher
Für zukünftige Technologien wie Quantencomputer und Quantenverschlüsselung ist die experimentelle Beherrschung von komplexen Quantensystemen unumgänglich.
14.05.2018
Quantenoptik | Thermodynamik

Schnellster Wasserkocher der Welt – 100.000 Grad in 75 billiardstel Sekunden
Forscher erzeugen und untersuchen exotischen Zustand von Wasser per Röntgenlaser.
29.10.2018
Quantenoptik

Kleinste Lichtportionen auf Knopfdruck: Uni Stuttgart entwickelt neuartige Einzelphotonenquelle
Forschende des Zentrums für Integrierte Quantenwissenschaft und -technologie Baden-Württemberg IQST am 5.
06.11.2020
Festkörperphysik | Quantenoptik

„Schilde hoch!“ – Licht definiert seinen eigenen geschützten Weg
Wissenschaftler der Universität Rostock haben eine neue Art photonischer Schaltkreise entwickelt, in denen hochenergetische Lichtstrahlen ihren eigenen Weg definieren können – und sich dabei von äußeren Störeinflüssen abschirmen.
23.09.2019
Quantenoptik | Biophysik

Wie molekulare Fußbälle im Röntgenlaser zerplatzen
Ein internationales Forschungsteam hat in Echtzeit verfolgt, wie Fußballmoleküle aus Kohlenstoff im Strahl eines Röntgenlasers zerplatzen.
13.12.2018
Quantenoptik

Quantenkryptographie ist bereit für das Netz
Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern.
01.10.2019
Relativitätstheorie | Quantenoptik

Beyond Einstein: Rätsel um Photonen-Impuls gelöst
Physiker der Goethe-Uni messen winzigen Effekt mit neuer super-COLTRIMS Apparatur/ Publikation in Nature Physics.
16.08.2019
Elektrodynamik | Quantenoptik

Laser für durchdringende Wellen: Forscherteam entwickelt neues Prinzip zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung
Der „Landau-Niveau-Laser“ ist ein spannendes Konzept für eine ungewöhnliche Strahlungsquelle.
02.11.2022
Elektrodynamik | Quantenoptik

Fit für die Terahertz-Ära: Maßgeschneidertes Quantenmaterial
Ein internationales Forschungsteam hat einen Weg gefunden, Terahertz-Strahlung durch Frequenzumwandlung mit deutlich höherer Effizienz zu erzeugen als mit bisherigen Technologien.
31.08.2021
Quantenoptik | Thermodynamik

Ein Quantenmikroskop „made in Jülich“
Sie bilden Materialien mit atomarer Präzision ab und sind vielseitig einsetzbar: Forschende nutzen Rastertunnelmikroskope seit vielen Jahren, um die Welt des Nanokosmos zu erkunden.
14.07.2020
Elektrodynamik | Quantenoptik | Teilchenphysik

Hammer-on – wie man Atome schneller schwingen lässt
Schwingungen von Atomen in einem Kristall des Halbleiters Galliumarsenid (GaAs) lassen sich durch einen optisch erzeugten Strom impulsiv zu höherer Frequenz verschieben.
13.02.2020
Elektrodynamik | Festkörperphysik | Quantenoptik

Forschenden gelang es erstmals, das elektrische Feld eines Attosekunden-Impulses zeitlich zu gestalten
Chemische Reaktionen werden auf ihrer grundlegendsten Ebene von ihrer jeweiligen elektronischen Struktur und Dynamik bestimmt.
05.01.2021
Quantenoptik

Mit quantenlimitierter Genauigkeit die Auflösungsgrenze überwinden
Wissenschaftlern der Universität Paderborn ist es gelungen, eine neue Methode zur Abstandsmessung für Systeme wie GPS zu entwickeln, deren Ergebnisse so präzise wie nie zuvor sind.
26.06.2018
Quantenoptik | Thermodynamik

Neue Form von Chaos entdeckt
Die Entdeckung eines neuen Typs von Chaos durch Chemnitzer Physiker findet weltweite Beachtung – Potentielle Anwendung für Kommunikationstechnik, Kryptographie und Datenverarbeitung.
25.08.2022
Quantenoptik | Teilchenphysik

Verschränkte Photonen nach Maß
Physikern ist es gelungen, mehr als ein Dutzend Photonen auf definierte Weise und effizient miteinander zu verschränken.
07.02.2022
Quantenoptik

Wie Lichtteilchen uns hinters Licht führen
Wissenschaftlern ist es gelungen, das Verhalten von gepaarten Lichtteilchen in optischen Schaltkreisen zu steuern.
05.11.2019
Teilchenphysik | Quantenoptik

Verzerrte Atome
Mit zwei Experimenten am Freie-Elektronen-Laser FLASH in Hamburg gelang es einer Forschergruppe unter Führung von Physikern des Max-Planck-Instituts für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg, starke nichtlineare Wechselwirkungen ultrakurzer extrem-ultravioletter (XUV) Laserpulse mit Atomen und Ionen hervorzurufen.
14.11.2019
Quantenoptik | Quantencomputer

Eine Einbahnstraße für Licht
Licht lässt sich in unterschiedliche Richtungen lenken, meist auch wieder den gleichen Weg zurück.
18.02.2021
Quantenoptik

Quanten-Computing: Wenn Unwissenheit erwünscht ist
Quantentechnologien für Computer eröffnen neue Konzepte zur Wahrung der Privatsphäre von Ein- und Ausgabedaten einer Berechnung.
26.07.2018
Quantenoptik | Teilchenphysik

Starke Kopplung durch Spin-Trio
Um Qubits für Quantencomputer weniger störanfällig zu machen, benutzt man vorzugsweise den Spin zum Beispiel eines Elektrons.
09.08.2018
Quantenoptik

Quantenketten in Graphen-Nanobändern
Empa-Forschenden ist gemeinsam mit Forschenden des Max Planck Instituts für Polymerforschung in Mainz und weiteren Partnern ein Durchbruch gelungen, der künftig für präzise Nanotransistoren oder – in fernerer Zukunft – möglicherweise gar bei Quantencomputer Anwendung finden könnte, wie das Team in der aktuellen Ausgabe des Fachjournals «Nature» berichtet.
22.01.2021
Festkörperphysik | Quantenoptik | Thermodynamik

Physiker filmen Phasenübergang mit extrem hoher Auflösung
Laserstrahlen können genutzt werden, um die Eigenschaften von Materialien gezielt zu verändern.
14.05.2018
Astrophysik | Quantenoptik

Frequenzstabile Lasersysteme für den Weltraum
JOKARUS-Experiment auf Höhenforschungsrakete erfolgreich durchgeführt.