Bildnachweis: NRAO
Ein Team von Astronomen hat mit dem Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) der National Science Foundation den ersten schlüssigen Nachweis der scheinbar übrig gebliebenen Bausteine der Galaxienbildung – neutrale Wasserstoffwolken – gemacht, die um die Andromeda-Galaxie herumschwärmen das Sternbild Andromeda , die der Milchstraße am nächsten gelegene große Spiralgalaxie.
Diese Entdeckung könnte Wissenschaftlern helfen, die Struktur und Entwicklung der Milchstraße und aller Spiralgalaxien zu verstehen. Es könnte auch helfen zu erklären, warum bestimmte junge Sterne in reifen Galaxien überraschenderweise der schweren Elemente beraubt sind, die ihre Zeitgenossen enthalten.
„Riesige Galaxien, wie Andromeda und unsere eigene Milchstraße, entstehen vermutlich durch wiederholte Verschmelzungen mit kleineren Galaxien und durch das Anwachsen einer großen Zahl noch masseärmerer ‚Wolken‘ – dunkle Objekte, denen Sterne fehlen und die sogar zu klein sind, um Galaxien zu nennen.“ “, sagte David A. Thilker von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland. „Theoretische Studien sagen voraus, dass dieser Prozess des galaktischen Wachstums bis heute andauert, aber Astronomen konnten bisher nicht die erwarteten massearmen ‚Bausteine‘ entdecken, die in nahegelegene Galaxien fallen.“
Thilkers Forschung wird in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht. Weitere Mitwirkende sind: Robert Braun von der Niederländischen Stiftung für Astronomieforschung; Rene A. M. Walterbos von der New Mexico State University; Edvige Corbelli vom Osservatorio Astrofisico di Arcetri in Italien; Felix J. Lockman und Ronald Maddalena vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Green Bank, West Virginia; und Edward Murphy von der University of Virginia.
Die Milchstraße und Andromeda wurden vor vielen Milliarden Jahren in einer kosmischen Umgebung voller galaktischer Rohstoffe gebildet – unter denen Wasserstoff, Helium und kalte dunkle Materie die Hauptbestandteile waren. Das meiste dieses Rohmaterials wurde inzwischen wahrscheinlich von den beiden Galaxien verschlungen, aber Astronomen vermuten, dass einige primitive Wolken noch frei schweben.
Frühere Studien haben eine Reihe von Wolken aus neutralem atomarem Wasserstoff enthüllt, die sich in der Nähe der Milchstraße befinden, aber nicht Teil ihrer Scheibe sind. Diese wurden ursprünglich als Hochgeschwindigkeitswolken (HVCs) bezeichnet, als sie zum ersten Mal entdeckt wurden, weil sie sich mit Geschwindigkeiten zu bewegen schienen, die schwer mit der galaktischen Rotation in Einklang zu bringen waren.
Die Wissenschaftler waren sich nicht sicher, ob HVCs aus Bausteinen der Milchstraße bestehen, die bisher der Einfangung entgangen waren, oder ob sie Gas verfolgten, das durch energetische Prozesse (mehrere Supernovae) innerhalb der Milchstraße auf unerwartete Geschwindigkeiten beschleunigt wurde. Die Entdeckung ähnlicher Wolken, die an die Andromeda-Galaxie gebunden sind, bestätigt die These, dass zumindest einige dieser HVCs tatsächlich galaktische Bausteine sind.
Astronomen können mit Radioteleskopen die charakteristische 21-Zentimeter-Strahlung nachweisen, die natürlicherweise von neutralem atomarem Wasserstoff emittiert wird. Die große Schwierigkeit bei der Analyse dieser massearmen galaktischen Bausteine bestand darin, dass ihre natürliche Radioemission äußerst schwach ist. Selbst die uns am nächsten liegenden Wolken, die unsere Galaxie umkreisen, sind aufgrund ernsthafter Entfernungsunsicherheiten schwer zu untersuchen. „Wir wissen, dass die HVCs der Milchstraße relativ nahe sind, aber wie nah es genau ist, ist unglaublich schwer zu bestimmen“, sagte Thilker.
Frühere Versuche, vermisste Satelliten um externe Galaxien in bekannten Entfernungen zu finden, waren erfolglos, da ein sehr empfindliches Instrument erforderlich war, das selbst in der Nähe einer hellen Quelle wie der Andromeda-Galaxie hochauflösende Bilder erzeugen kann.
Diese Aufgabe könnte man sich ähnlich vorstellen wie die visuelle Unterscheidung einer Kerze neben einem Scheinwerfer. Das neuartige Design des kürzlich in Betrieb genommenen GBT hat diese Herausforderungen hervorragend gemeistert und Astronomen einen ersten Blick auf die überfüllte Nachbarschaft um Andromeda ermöglicht.
Die Andromeda-Galaxie wurde ins Visier genommen, weil sie die nächste massereiche Spiralgalaxie ist. „In gewisser Weise werden die Reichen sogar im Weltraum reicher“, sagte Thilker. „Bei sonst gleichen Bedingungen würde man erwarten, in der Nähe einer großen Spiralgalaxie mehr Urwolken zu finden als beispielsweise in der Nähe einer kleinen Zwerggalaxie. Dies macht Andromeda zu einem guten Ort, um zu suchen, insbesondere angesichts seiner relativen Nähe – nur 2,5 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.“
Was das GBT feststellen konnte, war eine Population von 20 diskreten neutralen Wasserstoffwolken zusammen mit einer ausgedehnten fadenförmigen Komponente, die nach Ansicht der Astronomen beide mit Andromeda in Verbindung gebracht werden. Diese Objekte, die anscheinend unter dem gravitativen Einfluss von Andromedas Halo stehen, gelten als die Gaswolken der „fehlenden“ (vielleicht von dunkler Materie dominierten) Satelliten und deren Verschmelzungsreste. Sie wurden innerhalb von 163.000 Lichtjahren von Andromeda gefunden.
Bevorzugte kosmologische Modelle haben die Existenz dieser Satelliten vorhergesagt, und ihre Entdeckung könnte einen Teil der fehlenden „kalten dunklen Materie“ im Universum erklären. Außerdem könnte die Bestätigung, dass diese massearmen Objekte um größere Galaxien herum allgegenwärtig sind, dazu beitragen, das Rätsel zu lösen, warum bestimmte junge Sterne, die als G-Zwergsterne bekannt sind, denen chemisch ähnlich sind, die sich vor Milliarden von Jahren entwickelt haben.
Wenn Galaxien altern, entwickeln sie größere Konzentrationen schwerer Elemente, die durch die Kernreaktionen in den Kernen von Sternen und bei den katastrophalen Explosionen von Supernovae gebildet werden. Diese Explosionen speien schwere Elemente in die Galaxie, die dann zu Planeten werden und in die nächste Generation von Sternen aufgenommen werden.
Spektrale und photometrische Analysen junger Sterne in der Milchstraße und anderen Galaxien zeigen jedoch, dass es eine gewisse Anzahl junger Sterne gibt, die überraschend ohne schwere Elemente sind, wodurch sie Sternen ähneln, die in den frühen Stadien der galaktischen Entwicklung hätten entstehen sollen .
„Eine Möglichkeit, diese seltsame Anomalie zu erklären, besteht darin, eine frische Quelle galaktischen Rohmaterials zu haben, aus der neue Sterne entstehen können“, sagte Murphy. „Da Hochgeschwindigkeitswolken die übrig gebliebenen Bausteine der Galaxienbildung sein können, enthalten sie nahezu unberührte Konzentrationen von Wasserstoff, größtenteils frei von Schwermetallen, die ältere Galaxien keimen.“ Ihre Verschmelzung zu großen Galaxien könnte daher erklären, wie frisches Material für die Bildung von G-Zwergsternen zur Verfügung steht.
Die Andromeda-Galaxie, auch bekannt als M31, ist eine der wenigen Galaxien, die mit bloßem Auge von der Erde aus sichtbar sind, und wird als schwacher Fleck im Sternbild Andromeda gesehen. Durch ein bescheidenes Teleskop betrachtet, zeigt Andromeda auch, dass es zwei prominente Satelliten-Zwerggalaxien gibt, die als M32 und M110 bekannt sind. Diese Zwerge sind zusammen mit den von Thilker und Mitarbeitern untersuchten Wolken dazu verdammt, sich schließlich mit Andromeda zu verschmelzen. Die Milchstraße, M33, und die Andromeda-Galaxie sowie etwa 40 Zwergenbegleiter bilden die sogenannte „Lokale Gruppe“.
Heute ist Andromeda neben der Milchstraße vielleicht die am besten untersuchte Galaxie. Tatsächlich haben wir viele Dinge, die wir über die Natur von Galaxien wie der Milchstraße wissen, durch das Studium von Andromeda gelernt, da die allgemeinen Merkmale unserer eigenen Galaxie durch unseren inneren Blickwinkel verschleiert werden. „In diesem Fall ist Andromeda ein gutes Analogon für die Milchstraße“, sagte Murphy. „Das klärt das Bild. Das Leben in der Milchstraße ist wie der Versuch, herauszufinden, wie Ihr Haus von innen aussieht, ohne nach draußen zu gehen. Wenn man sich jedoch die Häuser der Nachbarn anschaut, bekommt man ein Gefühl dafür, wie das eigene Zuhause aussehen könnte.“
Das GBT ist das weltweit größte vollständig steuerbare Radioteleskop.
Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird.
Originalquelle: NRAO-Pressemitteilung