Zwei neu entdecke Ströme von Sternen, die die letzten sichtbaren Überbleibsel von lang mit der Andromeda Galaxie verschmolzenen kleinen Satellitengalaxien darstellen, werfen ein neues Licht auf die zugrundeliegenden evolutionären Entwicklungen und Formationsprozesse massereicher Galaxien.
Ein Beitrag von Lars-C. Depka. Quelle: University of California, Santa Cruz/USA; Lars-C. Depka. Vertont von Peter Rittinger.
Galaxien, die Bausteine des Universums, kommen in einer überraschend großen Vielzahl auch schon in unserer erweiterten kosmischen Nachbarschaft vor. Großskalig betrachtet, erhöht sich Vielgestaltigkeit sogar noch, so dass sich schon Mitte der 20er Jahre des vergangenen Jahrhunderts der amerikanische Astronom Edwin Hubble Gedanken um ihre zweckmäßige Klassifizierung zu machen begann. Von ihm stammt dann auch das sogenannte Stimmgabeldiagramm, sicherlich einer der bekanntesten Vertreter, wenn es um die Galaxieneinordnung geht.
Vor welchem Hintergrund die Galaxien in einer so großen Vielzahl und Formen im Kosmos auftreten, ist bis heute nicht abschließend geklärt und Gegenstand aktueller Forschungsarbeit. Allerdings vermutete auch schon Hubble seiner Zeit, dass sich ihr Evolutionsstatus auf diese Weise formgestaltend ausdrücken könne, eine Annahme, die zwar nicht en detail, a priori jedoch durch die derzeit favorisierte Lehrmeinung untermauert wird.
Gemäß dem Lamdba-Cold-Dark-Matter-Paradigma (L-CDM) findet die Strukturformation großer Galaxien wie der Milchstraße oder der Andromeda Galaxie im Universum im Wesentlichen durch Verschmelzung bzw. Auflösung kleinerer Zwerggalaxien als integraler und mehrere Milliarden Jahre andauernder Bestandteil des Galaxienwachstums statt.
Innerhalb des L-CDM-Paradigmas (dem minimalen und verträglichsten Standardmodell der Kosmologie) steht der Lambda-Wert für die Kosmologische Konstante, jenem Kunstgriff in der Allgemeinen Relativitätstheorie, der derzeit mit der Vakuumenergie oder der Dunklen Energie des leeren Raumes assoziiert wird und der diesem innezuwohnen scheint. Sie wird als Ursache der beschleunigten Expansion des Raumes gegen die Effekte der Gravitation angesehen.
Allerdings wird die Kosmologische Konstante heute nicht mehr als Parameter der Allgemeinen Relativitätstheorie, sondern als die zeitlich konstante Energiedichte des Vakuums interpretiert.
Die kalte Dunkle Materie hingegen ist eine notwendige Einführung, um die in großskaligen Strukturen beobachtbaren gravitativen Effekte (wie beispielsweise Gravitationslinseneffekte durch Galaxiencluster), die durch das alleinige Vorhandensein von beobachtbarer Materie nicht begründet werden können, schlüssig nachzuvollziehen. Als „kalt“ wird diese hypothetische Form von Materie wegen ihrer selbst während der pre-materiedominanten Ära – einer Epoche der Materie-Strahlungs-Gleichheit – nichtrelativistischen, also weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit, beschrieben. Darüber hinaus wird sie als vermutlich nichtbaryonisch (also nicht aus Protonen und Neutronen bestehend), dissipationslos (sie erfährt durch abstrahlende Photonen keine Kühlung), sowie „reaktionslos“ (eine Interaktion der Partikel untereinander und zu baryonischen Partikeln ist ausschließlich durch gravitative Effekte bemerkbar, da [sichtbares] Licht oder andere elektromagnetische Strahlung nicht oder nur im Rahmen von unnachweisbaren Quantifizierungen ausgesandt, oder reflektiert wird) angesehen. Neueren Bewertungen zufolge stellt diese Materiekomponente bis zu 25 % der Energie/Massen-Dichte an der Gesamtdichte des Universums.
(Bild: NASA)
Als charakteristische Signatur eines Verschmelzungsprozesses zweier Galaxien lassen sich in unserer Milchstraße, sowie auch in M31 (der Andromeda-Galaxie), sogenannte Gezeitenströme beobachten. Sie bilden eine Dichteanhäufung von Sternen ab, die sich als kohärente Gruppe durch die neue Elterngalaxie hindurch bewegen. Klassifizierend betrachtet stehen solche Populationen also zwischen den Sternen einer noch intakten Satelliten-Zwerggalaxie, und den bereits in dem Halo der verschluckenden Galaxie aufgegangenen Mitgliedern einer längst verschmolzenen ehemaligen Begleitgalaxie.
Jetzt konnten zwei bislang unbekannte Gezeitenströme im nördlichen Teil der Andromeda-Galaxie in einer Entfernung von ca. 250.000 ly vom Galaxienzentrum mit Hilfe der Verteilungsmessung Roter Riesen bestätigt werden. (Ströme E und F) Die zusammen mit einigen schon länger bekannten Strömen, einschließlich eines diffusen Stromes im südwestlichen Galaxienteil, (Strom SW) gewonnenen spektroskopischen Daten mehrerer hundert Roter Riesen belegen unzweifelhaft das einheitlich zusammenhängende Wandern der beobachteten Populationen mit gleicher Geschwindigkeit und schließen gleichzeitig eine in diesem Zusammenhang unsachgemäße Berücksichtigung etwaiger (roter) Vordergrundsterne aus.
Von weitergehendem Interesse ist die jeweilige chemische Zusammensetzung der Strompopulationen, da der Anteil komplexer Elemente wie Eisen, Magnesium oder Kalzium (die allesamt in Vorgängergenerationen erbrütet wurden) Rückschlüsse auf den Anreicherungsgrad des Gases der Ursprungsgalaxie zulässt.
Denn nicht nur in der Größe ergeben sich nachhaltige Unterschiede zwischen großen Spiralgalaxien wie der Milchstraße und ihren sehr viel kleineren Begleitern. Massive Galaxien, so wie auch M31, verfügen über einen äußerst effektiven chemischen Recyclekreislauf. Als Ergebnis dieses Recyclings stehen in der Milchstraße Sterne wie unsere Sonne, mit relativ starken Anhäufungen komplexer Elemente. Groß genug, um die Entstehung terrestrischer Planeten um sie herum zu gewährleisten und auf ihnen beispielsweise Proteine vorkommen zu lassen.
Zwerggalaxien hingegen sind weniger effektiv in der Wiederverwertung zuvor ausgebrüteter komplexer Elemente. Wesentlicher Grund hierfür ist ihre geringere Gravitation, mit deren Hilfe es ihnen nicht gelingt, das angereicherte Gas (welches durch Supernovaexplosionen ins interstellare Medium verteilt wird) an sich zu binden, was ihre neu entstehenden Sterne in einem anämischen (weniger stark mit komplexen Elementen angereichert) Zustand verharren lässt. Vor dem völligen Zusammenbruch des chemischen Wiederverwertungskreislaufs steht die Zwerggalaxie, wenn sie vor dem Hintergrund einer nahen Begegnung mit der massiven Galaxie komplett ihres Gases beraubt wird.