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Autor: Ralph-Mirko Richter / 09. Dezember 2012, 19:26 Uhr

Astronomen entdecken eine neue Klasse von Galaxien

Einem internationalen Astronomenteam ist es gelungen, eine neue Galaxienklasse zu entdecken.

Quelle: ESO, Gemini Observatory
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CFHT, ESO, M. Schirmer

Bild vergrößernDiese Aufnahme des Canada-France-Hawaii Telescope zeigt eine detaillierte Ansicht der Himmelsregion rund um die im Sternbild Wassermann gelegene Galaxie J2240.
(Bild: CFHT, ESO, M. Schirmer)
Durch Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) am Paranal-Observatorium in den chilenischen Anden, dem ebenfalls in Chile befindlichen Gemini South-Teleskop und dem Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) auf Hawaii ist es einem internationalen Astronomenteam gelungen, eine neue Galaxienklasse zu identifizieren. Aufgrund ihres ungewöhnlichen Aussehens wurden diese Galaxien mit dem Spitznamen "Grüne-Bohnen-Galaxien" versehen.

Die von diesen Galaxien ausgehende Leuchtkraft wird durch eine intensive Strahlung verursacht, welche aus der Umgebung gigantischer Schwarzer Löcher in deren Zentren hervorgeht. Die von diesen Quasaren erzeugte große Helligkeit macht sie quasi zu "kosmischen Leuchtfeuern", deren nähere Untersuchung es den Astronomen und Astrophysikern ermöglicht, die Anfänge der Entstehungsgeschichte unseres Universums und die Entstehung der ersten Sterne und Galaxien näher zu analysieren und zu interpretieren.

Der Astronom Dr. Mischa Schirmer untersuchte im Rahmen seiner Arbeit am Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn eine Vielzahl langbelichteter Aufnahmen des Universums auf der Suche nach Galaxienhaufen. Dabei erregte ein Objekt, welches er auf einer Aufnahme des Canada-France-Hawaii Telescope entdeckte, seine Aufmerksamkeit. Es sah zwar aus wie eine Galaxie, aber es erschien dabei in ungewöhnlich grünen Farbtönen.

"Es ähnelte keiner der Galaxien, die ich je zuvor gesehen hatte - ein komplett unerwarteter Fund", so Dr. Schirmer über seine Entdeckung. Er bewarb sich daraufhin umgehend um eine Beobachtungszeit am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte ESO, um herauszufinden, woher dieses ungewöhnliche grüne Leuchten stammt und welche Prozesse es verursachen.

"Die ESO gewährte mir kurzfristig Sonder-Beobachtungszeit, und so wurde dieses bizarre Objekt bereits wenige Tage, nachdem ich den Antrag eingereicht hatte, mit dem VLT beobachtet", so Dr. Schirmer, der mittlerweile am Gemini South-Teleskop in Chile tätig ist. "Zehn Minuten, nachdem die Daten in Chile aufgenommen worden waren, hatte ich sie dann auch schon auf meinem Computer in Deutschland. Mir wurde sofort klar, dass ich etwas völlig neuartiges vor mir hatte, und sofort rückte dieses Objekt ins Zentrum meines wissenschaftlichen Interesses."

Für die Beobachtung wurde der leistungsstarke Spektrograf "X-Shooter" des VLT eingesetzt. Durch die Zerlegung des Lichts in seine einzelnen Farbbestandteile konnte die Zusammensetzung des leuchtenden Materials und den Grund für seine große Helligkeit ermittelt werden. Das neu entdeckte Objekt trägt die wissenschaftliche Bezeichnung J224024.1−092748 - oder kurz J2240. Es befindet sich im Sternbild Wassermann (lateinischer Name "Aquarius") und sein Licht hat rund 3,7 Milliarden Jahre benötigt, um die Erde zu erreichen.

Nach der Entdeckung der Galaxie J2240 durchforstete ein von Dr. Schirmer geleitetes Wissenschaftler-Team die Online-Datenbank des Sloan Digital Sky Surveys (SDSS), in der mittlerweile die Positionsdaten und Spektren von rund 930.000 Millionen Galaxien enthalten sind. Bei ihren Auswertungen stießen die Astronomen auf 16 weitere Objekte mit ähnlichen Eigenschaften, welche dann im Rahmen von anschließend erfolgenden Nachbeobachtungen mit dem Gemini South-Teleskop tatsächlich ebenfalls als "Grüne-Bohnen-Galaxien" bestätigt werden konnten. Diese Objekte treten in dem uns bekannten Universum so selten auf, dass durchschnittlich nur eines von ihnen in einem gedachten Würfel mit einer Kantenlänge von 1,3 Milliarden Lichtjahren existiert.

Der Spitzname "Grüne-Bohnen-Galaxien" wurde von ihrer Farbe und der Tatsache abgeleitet, dass diese kosmischen Objekte oberflächlich betrachtet den sogenannten "Grüne-Erbsen-Galaxien" ähneln. Hierbei handelt es sich um kleine, aber relativ leuchtkräftige Galaxien, in denen starke Sternentstehungsprozesse ablaufen. Sie wurden im Jahr 2007 von Teilnehmern des astronomischen Citizen Science-Projektes Galaxy Zoo entdeckt. Anders als die "Grüne-Bohnen-Galaxien" fallen sie allerdings sehr klein aus. Unsere Milchstraße enthält in etwa so viel Masse wie rund 200 durchschnittliche "Grüne-Erbsen-Galaxien" zusammen. Die Ähnlichkeiten zwischen ihnen und der nun neu entdeckten Galaxienklasse beschränken sich somit anscheinend lediglich auf das Aussehen.

Woher stammt jedoch die ungewöhnliche Farbe der jetzt neu entdeckten Galaxienklasse?

CFHT, ESO, M. Schirmer

Bild vergrößernDie Galaxie J2240 in einem größeren Blickfeld.
(Bild: CFHT, ESO, M. Schirmer)
Viele der bisher von Astronomen untersuchten Galaxien verfügen in ihren Zentren über ein supermassereiches Schwarzes Loch. Die dadurch verursachten energiereichen Prozesse ionisieren das in der unmittelbaren Umgebung dieser Schwarzen Löcher befindliche interstellare Gas. Die im Rahmen dieses Ionisationsprozesses zum Leuchten angeregten Regionen fallen im Vergleich zum Rest der Galaxie typischerweise klein aus und nehmen selten mehr als 10 Prozent ihres Durchmessers ein.

Bei J2240 und den anderen "Grüne-Bohnen-Galaxien", welche das Team entdeckt hat, zeigten die Beobachtungen jedoch, dass der zum Leuchten angeregte Bereich geradezu gigantisch ausfällt und sich nicht nur über den jeweiligen Zentralbereich sondern quasi über die gesamte Galaxie erstreckt. Im Fall von J2240 handelt es sich um eine der größten und hellsten derartigen Regionen, die jemals entdeckt wurden. Das von J2240 ausgehende intensive "grüne Leuchten", welches die Aufmerksamkeit von Dr. Schirmer erweckt hat, stammt von ionisiertem Sauerstoff.

"Diese leuchtenden Regionen sind sehr gut dazu geeignet, um die Physik von Galaxien zu untersuchen. In gewisser Weise ist es so, als könne man ein Fieberthermometer in ein unfassbar weit entferntes Objekt stecken", so Dr. Schirmer weiter. "Normalerweise sind derartige Regionen weder sehr groß noch sehr hell, so dass wir sie nur bei relativ nahen Galaxien gut beobachten können. Bei den nun neu entdeckten Galaxien sind sie aber so ausgedehnt und leuchtkräftig, dass wir sie trotz ihrer großen Entfernung detailliert untersuchen können."

Das Schwarze Loch "schwächelt"

Weiterführende Auswertungen der Beobachtungsdaten zeigten, dass das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum von J2240 anscheinend viel weniger aktiv ist, als aufgrund der Größe und Helligkeit der leuchtenden Region eigentlich zu erwarten wäre. Das Astronomenteam von Dr. Schirmer geht deshalb davon aus, dass es sich bei dem erzeugten Leuchten um das "Echo" einer mittlerweile nachlassenden aktiveren Phase des Schwarzen Lochs handelt. In diesem Fall sollten die leuchtenden Regionen im Laufe der Zeit nach und nach an Intensität verlieren, während die Strahlung sie durchquert und die Galaxie schließlich verlässt.

Bei vielen aktiven Galaxien wird der Blick auf die darin befindlichen zentralen Schwarzen Löcher durch die sie umgebenden großen Staubmengen versperrt. Eine direkte Beobachtung der Aktivität dieser Schwarzen Löcher ist daher relativ schwierig. Um zu überprüfen, ob sich die "Grüne-Bohnen-Galaxien" wirklich von anderen Galaxien mit verdeckten Zentralbereichen unterscheiden, verwendeten die Astronomen Daten aus dem infraroten Spektralbereich, also von Licht mit einer größeren Wellenlänge, das selbst dichte Staubwolken durchdringen kann. Die Zentralbereiche von J2240 und den anderen Grüne-Bohnen-Galaxien stellten sich dabei als viel weniger leuchtkräftig heraus, als die Wissenschaftler erwartet hatten. Dies, so die Schlussfolgerung der Astronomen, bedeutet, dass die Aktivität des Galaxienkerns wirklich viel geringer ist, als man anhand der Helligkeit der großen leuchtenden Regionen vermuten würde.

Das Aussehen der "Grüne-Bohnen-Galaxien" ist somit das Resultat eines gerade verlöschenden aktiven Galaxienkerns und markiert damit eine lediglich sehr kurz andauernde Phase in der Entwicklungsgeschichte einer Galaxie. Im frühen Universum waren Galaxien allgemein viel aktiver als heute. Massereiche Schwarze Löcher bildeten sich in ihren Zentren und verschluckten Sterne und Gas aus der unmittelbaren Umgebung. Die dadurch erzeugte Leuchtkraft war oft mehr als hundertmal so groß wie die Helligkeit aller Sterne in der Galaxie zusammen. Lichtechos, wie sie jetzt bei J2240 entdeckt wurden, ermöglichen es den Astronomen, den "Abschaltprozess" der zuvor noch aktiven Galaxienzentren eingehender zu untersuchen.

Wie erlangten die in den Kernbereichen von Galaxien befindlichen supermassiven Schwarzen Löcher ihre jetzige Masse und wie schnell kam dieser Prozess zum Erliegen? Durch die Beantwortung dieser Fragestellung wird es im Rahmen zukünftiger Forschungsarbeiten vielleicht möglich sein herauszufinden wie, wann und warum die Aktivität eines Galaxienkerns aufhört und warum die Astronomen bei jüngeren Galaxien lediglich eine deutlich geringere Aktivität feststellen können.

Genau in dieser Richtung, so die Planungen des Teams um Dr. Schirmer, soll im Rahmen zukünftiger Untersuchungen mittels Beobachtungen im Röntgenbereich und durch zusätzliche spektrografische Analysen weiter geforscht werden.

"Für einen Astronomen wird mit der Entdeckung einer völlig neuen Objektklasse ein Traum wahr. So etwas passiert vielleicht einmal im Leben", so der abschließende Kommentar von Dr. Schirmer. "Das ist unglaublich inspirierend!"

Die hier lediglich kurz vorgestellten Forschungsergebnisse werden demnächst in der Fachzeitschrift "The Astrophysical Journal" unter dem Titel "A sample of Seyfert-2 galaxies with ultra-luminous galaxy-wide NLRs - Quasar light echos?" publiziert.

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