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Sternengeschichten Folge 629: Die Strömgren-SphÀre und die ersten Sterne
Das ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video. Und den ganzen Podcast findet ihr auch bei
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Sternengeschichten Folge 629: Die Strömgren-SphÀre und die ersten Sterne
In der heutigen Folge der Sternengeschichten geht es um die âStrömgren-SphĂ€reâ und man kann sich auf jeden Fall schon mal denken, dass es um irgendwas kugelförmiges gehen wird. Was auch stimmt, aber die Geschichte der Strömgren-SphĂ€re handelt vor allem davon, wie Sterne entstehen und ihre Umgebung beeinflussen. Sie handelt von der Entstehung und Entwicklung von Galaxien und von den ersten Sternen im Universum.
Fangen wir aber am besten mal damit an zu klĂ€ren, was ein Strömgren ist. In diesem Fall ist es kein was, sondern ein wer, nĂ€mlich der dĂ€nische Astronom Bengt Strömgren. Ăber ihn gĂ€be es viel zu erzĂ€hlen, aber ich beschrĂ€nke mich auf das, was er 1939 in einer Arbeit mit dem Titel âThe Physical State of Interstellar Hydrogenâ geschrieben hat, was auf deutsch so viel heiĂt wie âDer physikalische Zustand des interstellaren Wasserstoffsâ. Darin bezieht sich Strömgren auf eine Arbeit aus dem Jahr zuvor. Da hatten die amerikanischen Astronomen Otto Struve und Chris Elvey diverse kosmische Nebel beobachtet, in denen sehr viel ionisierter Wasserstoff zu finden war. Und um zu verstehen, warum das interessant ist, mĂŒssen wir uns nochmal erinnern, was es bedeutet, wenn Wasserstoff â oder sonst irgendwas â âionisiertâ ist. Aber keine Sorge, das ist schnell erledigt: Wasserstoff ist ein Atom, mit einem Kern aus einem Proton. Und in der AtomhĂŒlle hat der Wasserstoff ein Elektron. Fertig â Wasserstoff ist simpel; andere Atome haben mehr Protonen im Kern und mehr Elektronen in der HĂŒlle, aber der Punkt ist: Die Elektronen aus der HĂŒlle eines Atoms können entfernt werden und wenn das der Fall ist, dann ist das Atom ionisiert. Ionisierter Wasserstoff ist also ein Wasserstoffatom, bei dem das Elektron aus der HĂŒlle entfernt wurde und nur noch der Atomkern ĂŒbrig ist. Oder anders gesagt: Das einzelne Proton.
Ok, was heiĂt das jetzt alles. Wir wissen, dass Wasserstoff das hĂ€ufigste Element des Universums ist. Es ist ja auch das einfachste und es braucht nicht viel, damit es entsteht. Drum war es auch schon kurz nach dem Urknall da; fast drei Viertel der damals entstandenen Materie waren Wasserstoff und auch heute noch macht Wasserstoff die ĂŒberwiegende Mehrheit der Atome im Universum aus. Warum also beschĂ€ftigen sich ein paar Astronomen in den spĂ€ten 1930er Jahren mit Wasserstoff, selbst wenn er ionisiert ist? Weil es Energie braucht, um Wasserstoff zu ionisieren. Energie gibt es im Weltall natĂŒrlich auch, die kommt unter anderem von der Strahlung der Sterne. Was Strömgren in seiner Arbeit getan hat, war folgendes: Er hat sich ĂŒberlegt, wie dieser ionisierte Wasserstoff tatsĂ€chlich im Raum verteilt sein mĂŒsste, wenn man davon ausgeht, dass es die Strahlung der Sterne ist, die ihn ionisiert. Das geht nicht mit jeder beliebigen Strahlung, es braucht die richtige Energie und die steckt vor allem in der ultravioletten Strahlung der sehr heiĂen und groĂen Sterne; die mit den Spektralklassen O und B, wenn es jemand genau wissen will.
Wir haben also diese heiĂen Sterne, die vom ĂŒblichen interstellaren Medium umgeben sind, also dem Zeug, dass sich zwischen den Sternen befindet. Das ist natĂŒrlich auch weitestgehend Wasserstoff, aber in dem Fall neutraler Wasserstoff, oder halt einfach nur Wasserstoff, nicht ionisiert. Die energiereiche ultraviolette Strahlung der heiĂen Sterne kann diesen Wasserstoff jetzt ionisieren. Das heiĂt aber auch, dass da jetzt freie Elektronen durch die Gegend fliegen, die nicht mehr an ihre Atomkerne gebunden sind. Die können jetzt wieder von Wasserstoffatomkernen eingefangen werden â das nennt man âRekombinationâ â und dabei wird Energie abgestrahlt, in Form von Lichtteilchen, die jetzt aber weniger Energie haben und nicht in der Lage sind, Atome zu ionisieren. Strömgren hat sich das alles genau durchgerechnet: Wie weit entfernt von einem Stern gibt es noch genug energiereiche UV-Strahlung, um Atome zu ionisieren; wo fĂ€ngt die Zone an, wo der Wasserstoff sich wieder ein Elektron einfĂ€ngt, und so weiter. Und er ist dabei zu dem Schluss gekommen, dass das erstens logischerweise eine mehr oder weniger kreisförmige Region um den Stern herum sein muss, weil Sterne ihre Strahlung ja in alle Richtungen abgeben. Er ist aber auch zweitens darauf gekommen, dass die Grenze zwischen ionisierten und neutralen Wasserstoff relativ scharf sein muss. Der ionisierte Wasserstoff wird nicht irgendwie langsam immer weniger und weniger und es ist auch nicht so, dass da Bereiche mit ionisierten Wasserstoff sind, die sich mit neutralen Wasserstoff abwechseln. In der NĂ€he des Sterns wird Wasserstoff durch die starke Strahlung stĂ€ndig ionisiert. Weiter drauĂen gibt es dann aber nicht mehr genug UV-Strahlung, weil die zum Teil schon von den Atomen weiter innen absorbiert worden sind. Dort werden die Atome dann entweder nicht mehr ionisiert oder schnappen sich dann gleich wieder eines der freien Elektronen. Noch weiter drauĂen wird dann gar nichts mehr ionisiert und, so die Rechnung von Strömgren, im Vergleich zur Ausdehnung der ionisierten Region ist diese Ăbergangszone sehr schmal. Man kann also durchaus von einer Blase beziehungsweise SphĂ€re aus ionisierten Wasserstoff sprechen, der diese Sterne umgibt und Strömgren hat auch eine Formel entwickelt, die die GröĂe dieser SphĂ€re in AbhĂ€ngig der StrahlungsstĂ€rke des Sterns bestimmt. Die Strömgren-SphĂ€ren sind dabei durchaus groĂ; sehr viel gröĂer als ein Stern. Bei den ganz heiĂen Sternen können sie einen Durchmesser von ungefĂ€hr 650 Lichtjahren haben; bei den kĂŒhlsten Sterne, die noch Strömgren-SphĂ€ren produzieren können, sind es immer noch um die 50 Lichtjahre.
Man kann sich solche Strömgren-SphĂ€ren auch anschauen. Ein prominentes Beispiel dafĂŒr ist der Rosettennebel. In seinem Zentrum befinden sich gleich ein ganzer Sternhaufen mit jungen und heiĂen Sterne und rundherum erkennt man deutlich die sphĂ€rischen Bereiche mit den ionisierten bzw. neutralen Wasserstoffatomen. Und man erkennt sie deswegen, weil das Licht, das bei der Rekombination der freien Elektronen von den dann wieder neutralen Wasserstoffatomen ausgestrahlt wird, eine ganz charakteristische WellenlĂ€nge hat. Strömgren-SphĂ€ren können wir im Orion-Nebel sehen, im Adler-Nebel, und so weiter. Aber die Strömgren-SphĂ€re ist nicht einfach nur die theoretische ErklĂ€rung fĂŒr ein paar schöne Bilder, die wir gemacht haben.
Wenn das interstellare Medium durch die Strahlung eines heiĂen Sterns beeinflusst wird und sich eine Strömgren-SphĂ€re bildet, dann hat das natĂŒrlich auch Auswirkungen auf die weitere Umgebung. Ioniziation und Rekombination und die ganze Strahlung die dabei aufgenommen und abgegeben wird, beeinflussen das interstellare Medium und können dafĂŒr sorgen, dass die Entstehung neuer Sterne leichter oder schwerer wird. Ist das Gas zum Beispiel zu heiĂ, dann bewegen sich die Teilchen zu schnell, als dass die Wolke die aus dem Gas besteht, in sich zusammenfallen und so einen neuen Stern bilden kann. Wenn eine Strömgren-SphĂ€re sich bildet und ausdehnt, kann sie das umgebende Material andererseits aber auch erst Recht quasi zusammenschieben und so neue Sternbildung auslösen.
Auf noch gröĂeren Skalen betrachtet, können Strömgren-SphĂ€ren auch die Entwicklung ganzer Galaxien beeinflussen, je nachdem wie sie dort verteilt sind und damit zum Beispiel ganze Sternentstehungsregionen bilden. Die heiĂen Regionen aus ionisierten Wasserstoff lassen sich auĂerdem auch gut beobachtet, selbst aus der Ferne in anderen Galaxien. Damit können wir auch ĂŒber enorme Distanzen hinweg die Sternentstehungsraten dieser Galaxien bestimmen und schauen, wo sich die Quellen der Ionisation, also die heiĂen Sterne befinden.
Die Strömgren-SphĂ€ren spielen auch eine wichtige Rolle, wenn man die Reionisierungsepoche des Universums verstehen will. Das ist eigentlich wieder eine ganz andere Geschichte und eine lange noch dazu, aber ganz kurz geht sie so: Zuerst gab es im Universum nur ionisierte Atome. Es war alles zu heiĂ, so dass die Elektronen sich nicht an die Atomkerne binden haben können. Erst knapp 400.000 Jahre nach dem Urknall hat das geklappt. Und erst da ist das Universum âdurchsichtigâ geworden, soll heiĂen: Davor konnte sich das Licht nicht vernĂŒnftig ausbreiten, weil alles voll mit freien Elektronen war, die es dauernd abgelenkt haben und noch dazu war das Universum damals ja auch viel kleiner. Nachdem sich aber die Elektronen an die Atomkerne gebunden haben, war genug Platz fĂŒr das Licht, aber es war immer noch dunkel, weil es ja keine Sterne gegeben hat. Die haben sich dann in den nĂ€chsten paar Dutzend bis Hundert Millionen Jahren gebildet und die ersten Sterne waren sehr groĂe und sehr heiĂe Sterne. Sie haben also auch Strömgren-SphĂ€ren gebildet und den Wasserstoff um sich herum wieder ionisiert. Alle jungen Sternen im jungen Universum haben das getan; die Strömgren-SphĂ€ren haben sich quasi ĂŒberlappt und â zusammen mit ein paar anderen PhĂ€nomenen auf die ich jetzt nicht eingehe â hat das dazu gefĂŒhrt, dass ein groĂer Teil des Wasserstoffs im Universum wieder reionisiert worden ist, so wie damals, als der junge Kosmos noch nicht durchsichtig war. Zum GlĂŒck hat sich das All aber in der Zwischenzeit weit genug ausgedehnt, es ist genug Platz fĂŒr das Licht und wir können schauen, was es da alles zu sehen gibt.
![AufklĂ€rungsquoten: Trends in ausgewĂ€hlten Deliktsbereichen 9. Die Untersuchung der deliktsspezifischen AufklĂ€rungsquoten fĂŒr den Zeitraum 1987 bis 2010 zeigt, dass sich der Wegfall der Vorratsdatenspeicherung nicht als Ursache fĂŒr Bewegungen in der <br />AufklĂ€rungsquote abbilden lĂ€sst. Dies erklĂ€rt sich schon aus der groĂen Zahl polizeilich registrierter FĂ€lle, der gegenĂŒber die Abfrage von Verkehrsdaten nicht ins Gewicht fallen kann. 10. Die deliktsspezifischen AufklĂ€rungsquoten in den Bereichen <br />der ComputerkriminalitĂ€t sowie der so genannten InternetkriminalitĂ€t geben ebenfalls keine Hinweise dafĂŒr her, dass durch die Phase der Vorratsdatenspeicherung VerĂ€nderungen in der Tendenz der AufklĂ€rungsraten eingetreten wĂ€ren. 11. Betrachtet man <br />insbesondere das Jahr 2008, in dem Vorratsdaten grundsĂ€tzlich zur VerfĂŒgung standen, so kann fĂŒr keinen der hier untersuchten Deliktsbereiche eine mit der Abfrage zusammenhĂ€ngende VerĂ€nderung der AufklĂ€rungsquote im Hinblick auf das Vorjahr oder den <br />Folgejahren 2009/2010 beobachtet werden. 12. Im Vergleich der AufklĂ€rungsquoten, die in Deutschland und in der Schweiz im Jahr 2009 erzielt worden sind, lassen sich keine Hinweise darauf ableiten, dass die in der Schweiz seit etwa 10 Jahren praktizierte <br />Vorratsdatenspeicherung zu einer systematisch höheren AufklĂ€rung gefĂŒhrt hĂ€tte. [âŠ]](https://assets.chaos.social/media_attachments/files/113/384/328/621/077/502/original/abbabb2316ff2b85.png "AufklĂ€rungsquoten: Trends in ausgewĂ€hlten Deliktsbereichen 9. Die Untersuchung der deliktsspezifischen AufklĂ€rungsquoten fĂŒr den Zeitraum 1987 bis 2010 zeigt, dass sich der Wegfall der Vorratsdatenspeicherung nicht als Ursache fĂŒr Bewegungen in der <br />AufklĂ€rungsquote abbilden lĂ€sst. Dies erklĂ€rt sich schon aus der groĂen Zahl polizeilich registrierter FĂ€lle, der gegenĂŒber die Abfrage von Verkehrsdaten nicht ins Gewicht fallen kann. 10. Die deliktsspezifischen AufklĂ€rungsquoten in den Bereichen <br />der ComputerkriminalitĂ€t sowie der so genannten InternetkriminalitĂ€t geben ebenfalls keine Hinweise dafĂŒr her, dass durch die Phase der Vorratsdatenspeicherung VerĂ€nderungen in der Tendenz der AufklĂ€rungsraten eingetreten wĂ€ren. 11. Betrachtet man <br />insbesondere das Jahr 2008, in dem Vorratsdaten grundsĂ€tzlich zur VerfĂŒgung standen, so kann fĂŒr keinen der hier untersuchten Deliktsbereiche eine mit der Abfrage zusammenhĂ€ngende VerĂ€nderung der AufklĂ€rungsquote im Hinblick auf das Vorjahr oder den <br />Folgejahren 2009/2010 beobachtet werden. 12. Im Vergleich der AufklĂ€rungsquoten, die in Deutschland und in der Schweiz im Jahr 2009 erzielt worden sind, lassen sich keine Hinweise darauf ableiten, dass die in der Schweiz seit etwa 10 Jahren praktizierte <br />Vorratsdatenspeicherung zu einer systematisch höheren AufklĂ€rung gefĂŒhrt hĂ€tte. [âŠ]")
