Arnold Benz - Das geschenkte Universum

Glücklicherweise sind Molekülwolken transparent für Infrarot- und Millimeterwellen, genau für jene Wellenlängen, in denen kalte Moleküle strahlen. Nur können unsere Augen diese Wellen nicht sehen. Unsere Netzhaut ist an das Sonnenlicht angepasst, das im optischen Bereich sein Maximum hat, und aus diesem Grund können wir auch nachts die sonnenähnlichen Sterne sehen. Einige Lebewesen, wie zum Beispiel Schlangen, haben Augen, welche die Wärmestrahlung von warmblütigen Tieren im Infrarot sehen. Wenn sie den Nachthimmel anschauen, sehen sie nur wenig von den Sternen, dafür die riesigen Molekülwolken, einige so groß wie die Hand am ausgestreckten Arm. Seit zwei Jahrzehnten können auch Menschen diese Strahlung mit immer besseren Teleskopen beobachten. Viele Dinge im Alltag, wie bestimmte Vögel, Blumen oder Autos, erkennen wir an ihrer Farbe. So hat auch jedes Molekül seine charakteristische Farbe, sogenannte Spektrallinien, die Informationen über Dichte, Bewegung, chemische Zusammensetzung und Temperatur des Gases und des Staubes enthalten.

Die uns nächsten Molekülwolken liegen im Sternbild des Schlangenträgers, 370 Lichtjahre von uns entfernt. Dort entstehen Dutzende von Sternen. Erste Anzeichen eines werdenden Sternes sind runde Gebilde mit hoher Dichte, sogenannte Wolkenkerne. Sie haben einen Durchmesser von etwa einem Lichtjahr, ein Viertel der Distanz von der Sonne bis zum nächsten Stern. Je dichter ein Gas, desto besser kann es seine Wärme abstrahlen. Daher sind diese Regionen bis zu minus 266 Grad Celsius kalt, nur 7 Grad über dem absoluten Nullpunkt. Bei dieser Kälte frieren alle Moleküle außer Wasserstoff aus und lagern sich auf den Staubkörnern an. Diese werden dadurch wie Schneeflocken von einem Eismantel umgeben. Er besteht zunächst aus einem Gemisch der verschiedenen Moleküle und Atome, wie sie im Gas der Molekülwolken vorkommen. Die Stauboberfläche wirkt dann über die Jahrtausende wie ein Katalysator und ermöglicht Reaktionen, die im Gas nicht stattfinden könnten. Neue Moleküle entstehen. So kann es geschehen, dass sich ein einzelnes Sauerstoffatom mit zwei Wasserstoffatomen zu einem Wassermolekül (H2O) zusammenfindet. Das meiste Wasser heute auf der Erde entstand im Mantel von interstellarem Staub vor 4,567 Milliarden Jahren, als sich der solare Urnebel langsam herausbildete.

Warum fallen interstellare Molekülwolken unter ihrer eigenen Schwere nicht zusammen, wie es Newton postulierte? Die Masse aller Moleküle in den Wolken übersteigt jene der Sonne um das Hundert- bis Millionenfache. Würde eine solche Wolke zusammenfallen, entstünde kein Stern mit möglichen Planeten, sondern ein Schwarzes Loch,5 aus dem kein Licht entweichen könnte. Die Kollapszeit von Molekülwolken wäre weniger als eine Million Jahre, und damit viel kürzer als das Alter unserer Galaxie. Würden die Wolken einfach kollabieren, gäbe es in unserer Galaxie schon lange keine Materie mehr für neue Sterne. Newtons Vorstellung von interstellaren Wolken war zu stark von irdischen Wolken geprägt. Er wusste nicht, dass Molekülwolken ständig in chaotischer Bewegung sind. Wolkenteile bewegen sich in allen Richtungen, schießen aneinander vorbei und fallen nicht einfach zusammen. In einer statischen Wolke, wie sie sich Newton vorstellte, wäre die Schwerkraft gegen das Zentrum gerichtet. Die gegenseitige Anziehung der verschiedenen Wolkenteile geht jedoch in einem Tohuwabohu von Bewegungen unter.

Chaos stabilisiert die Molekülwolken, wenn auch nicht vollständig. Die Turbulenz gibt Molekülwolken eine Lebenszeit von einigen zehn Millionen Jahren. In dieser Zeit bilden sich an bestimmten Stellen in der Wolke lokale Verdichtungen, die ungefähr die Masse der Sonne aufweisen, die Wolkenkerne. Infolge der ungeordneten Wirbelströmungen teilt sich eine Wolke in Hunderte von Komponenten auf. Computersimulationsrechnungen zeigen, dass sich zufällige Dichtekonzentrationen zu Wolkenkernen verstärken, aus denen, wie wir später sehen werden, schließlich Sterne entstehen. Während das turbulente Chaos der Klumpen die Molekülwolke stabilisiert, lässt es auch zu, dass lokal – in kleinen, dichten Gebieten – Neues entsteht. Während der Lebenszeit einer Molekülwolke werden höchstens 10 Prozent ihrer Materie in Sterne umgesetzt.6 Dann wird die Strahlung der jungen Sterne so stark, dass der Staub verdampft, die Moleküle aufbrechen und Sternwinde die Wolke auseinanderreißen. Der Rest der Wolke verliert sich in den Weiten unserer Galaxie. Das Alte vergeht, es entstand etwas Neues und tritt an seine Stelle: ein Sternhaufen.

Newtons Stabilitätsproblem hat eine rationale Erklärung gefunden in der Dynamik der Molekülwolken. Beim genaueren Hinsehen entpuppt sich die Wirklichkeit anders als die besten Vorstellungen und als erstaunlich vielfältiger. Die Komplexität hat ihren Grund: Es spielen viele Prozesse und verschiedene Teile in das Geschehen hinein. Was an einem Ort in der Molekülwolke passiert, hat einen Einfluss an den anderen Orten. Je nach den Umständen verhindert der erste Stern vielleicht das Entstehen eines weiteren Sternes an einer bestimmten Stelle und fördert es an einer anderen. Sterne entstehen nicht isoliert. Schon bei ihrer Entstehung sind sie vernetzt mit einer Umgebung von Hunderten von Lichtjahren. Von den vielen Vorgängen, die ineinandergreifen, damit ein Stern entsteht, werden wir im nächsten Kapitel einige beispielhaft herausstellen. Bemerkenswert ist: Newtons Hypothese, dass Gott dort zu finden ist, wo unser Verstehen aufhört, hat sich nicht bestätigt.

Wir wissen nicht, wie Molekülwolken entstehen. Sie bilden sich vermutlich, wenn die Dichte von Wasserstoffatomen und Staub im interstellaren Raum aus irgendeinem Grund etwas höher ist. Es gibt rund 6000 riesige Molekülwolken in unserer Galaxie, in jeder sind Tausende bis Millionen von Sternen im Stadium des Entstehens. In weniger als 10 Millionen Jahren verschwinden die Wolken wieder und neue entstehen. Was in den Molekülwolken vor sich geht, verstehen wir ebenfalls noch nicht vollständig, und je mehr wir verstehen, desto mehr Unbekanntes erscheint. Die Brutstätte der Sterne bleibt im Grunde rätselhaft wie vor Jahrhunderten. Das rationale Erforschen der Vorgänge hat sie nicht enträtselt, nur die Grenze unseres Wissens verschoben. Wenn ich im Gewirr einer dunklen Molekülwolke bläulich funkelnde junge Sterne umgeben von heißem rötlichen Gas sehe, spricht mich nicht nur das Unbekannte und Rätselhafte an. Noch mehr staune ich über die Vielfalt und Zweckmäßigkeit der uns bekannten Vorgänge, die Neues entstehen lassen. Rationalität behindert das Staunen nicht.

Abbildung 3: Dunkle Molekülwolken im Rosettennebel, dreitausend Lichtjahre entfernt, sind von einem zehntausend Grad heißen, leuchtenden Gas umgeben. In den Molekülwolken sind neue Sterne am Entstehen (Foto: N. Wright, UCL, IPHAS collaboration).

Das vorangehende Kapitel veranschaulichte, wie sich in riesigen Molekülwolken kugelförmige Kerne aus Gas und Staub bilden. Ihre Massen übertreffen jene der Sonne. Wolkenkerne kühlen ab und kontrahieren, langsam, aber unabwendbar. Wenn das Gas dichter und der Radius kleiner werden, steigt die Schwerkraft. Sie wächst schneller als der Gasdruck, der ihr entgegensteht. Irgendwann überschreitet die Schwerkraft den Schwellwert, bei dem der Gasdruck der wachsenden Anziehung nicht mehr standhalten kann. Der Wolkenkern fällt unter seiner eigenen Schwerkraft in sich zusammen. Der Kollaps beginnt im innersten Teil, und es dauert einige hunderttausend Jahre, bis die Bewegung die äußeren Regionen erreicht. Die Geschwindigkeit steigert sich wie bei einem Apfel, der im freien Fall vom Baum fällt, und erreicht einige zehn Kilometer pro Sekunde.