Quelle: ESON 19. Oktober 2023.

19. Oktober 2023 – Die Quelle wurde mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in einer Galaxie lokalisiert, die so weit entfernt ist, dass ihr Licht acht Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen. Der Radioblitz ist auch einer der energiereichsten, die je beobachtet wurden; in einem winzigen Bruchteil einer Sekunde gab er die äquivalente Energiemenge von 30 Jahren der Gesamtemission unserer Sonne frei.

Die Entdeckung des Ausbruchs, genannt FRB 20220610A, wurde im Juni des letzten Jahres vom ASKAP-Radioteleskop in Australien gemacht [1] und übertraf den bisherigen Distanzrekord des Teams um 50 Prozent.

„Mit dem ASKAP-Antennenfeld konnten wir genau bestimmen, woher der Ausbruch kam“, erläutert Stuart Ryder, Astronom von der Macquarie University in Australien und einer der Hauptautoren der heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Studie. „Dann haben wir [mit dem VLT der ESO] in Chile nach der Quellgalaxie gesucht [2] und haben festgestellt, dass sie älter und weiter entfernt ist als jede andere bisher gefundene Radioblitz-Quelle und wahrscheinlich innerhalb einer kleinen Gruppe verschmelzender Galaxien liegt.“

Die Entdeckung bestätigt, dass schnelle Radioblitze dazu verwendet werden können, die „fehlende“ Materie zwischen Galaxien zu messen und somit eine neue Möglichkeit bieten, das Universum zu „wiegen“.

Aktuelle Methoden zur Schätzung der Masse des Universums liefern widersprüchliche Antworten und stellen das Standardmodell der Kosmologie infrage. „Wenn wir die Menge an normaler Materie im Universum zählen – den Atomen, aus denen wir alle bestehen – stellen wir fest, dass mehr als die Hälfte von dem, was heute vorhanden sein sollte, fehlt“, sagt Ryan Shannon, Professor an der Swinburne University of Technology in Australien, der die Studie ebenfalls leitete. „Wir vermuten, dass sich die fehlende Materie im Raum zwischen den Galaxien verbirgt, aber sie ist vielleicht so heiß und diffus, dass sie mit üblichen Techniken nicht sichtbar ist.“

„Schnelle Radioblitze erkennen dieses ionisierte Material. Selbst in einem nahezu perfekt leeren Raum können sie alle Elektronen sehen, und das ermöglicht es uns, zu messen, wie viel Materie zwischen den Galaxien ist“, erklärt Shannon.

Das Auffinden entfernter schneller Radioblitze ist entscheidend für die genaue Messung der fehlenden Materie des Universums, wie der verstorbene australische Astronom Jean-Pierre (J-P) Macquart 2020 nachgewiesen hat. „J-P hat gezeigt, dass je weiter ein schneller Radioblitz entfernt ist, desto mehr diffuse Gase er zwischen den Galaxien nachweisen kann. Dies wird jetzt als Macquart-Beziehung bezeichnet. Einige kürzlich aufgetretene schnelle Radioblitze schienen diese Beziehung zu brechen. Unsere Messungen bestätigen, dass die Macquart-Beziehung bis über die Hälfte des bekannten Universums hinausreicht“, erläutert Ryder.

„Während wir immer noch nicht wissen, was diese massiven Ausbrüche von Energie verursacht, bestätigt die Studie, dass schnelle Radioblitze häufige Ereignisse im Kosmos sind und dass wir sie verwenden können, um Materie zwischen Galaxien zu erkennen und die Struktur des Universums besser zu verstehen“, ergänzt Shannon.

Das Ergebnis stellt die Grenze dessen dar, was heute mit Teleskopen erreicht werden kann, obwohl Astronomen in Kürze über Mittel verfügen werden, um noch ältere und fernere Ausbrüche zu erkennen, ihre Quellgalaxien zu bestimmen und die fehlende Materie des Universums zu messen. Das internationale Square Kilometre Array Observatory baut derzeit zwei Radioteleskope in Südafrika und Australien, die Tausende von schnellen Radioblitzen auspüren können, einschließlich sehr entfernter, für die aktuelle Einrichtungen blind sind. Das Extremely Large Telescope der ESO, ein 39-Meter-Teleskop im Bau in der chilenischen Atacama-Wüste, wird eines der wenigen Teleskope sein, das in der Lage ist, die Quellgalaxien von Ausbrüchen noch weiter entfernt als FRB 20220610A zu studieren.

Endnoten
[1] Das ASKAP-Teleskop gehört der CSIRO, der nationalen Wissenschaftsagentur Australiens, und wird von ihr auf dem Land der Wajarri Yamaji in Westaustralien betrieben.

Weitere Informationen
Diese Forschungsarbeit wurde in einem Artikel mit dem Titel „A luminous fast radio burst that probes the Universe at redshift 1“ vorgestellt, der in Science erscheinen wird.

Das Team besteht aus S. D. Ryder (Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften, Macquarie University, Australien [SMPS]; Forschungszentrum für Astrophysik und Raumtechnologien, Macquarie University, Sydney, Australien [ASTRC]), K. W. Bannister (Nationale Einrichtung für Teleskope in Australien, Organisation für Wissenschaft und Industrieforschung, Weltraum und Astronomie, Australien [CSIRO]), S. Bhandari (Niederländisches Institut für Radioteleskopie, Niederlande; Gemeinsames Institut für Very Long Baseline Interferometry in Europa, Niederlande), A. T. Deller (Zentrum für Astrophysik und Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australien [CAS]), R. D. Ekers (CSIRO; Internationales Zentrum für Radioastronomie-Forschung, Curtin Institute of Radio Astronomy, Curtin University, Australien [ICRAR]), M. Glowacki (ICRAR), A. C. Gordon (Zentrum für interdisziplinäre Erforschung und Astrophysik, Northwestern University, USA [CIERA]), K. Gourdji (CAS), C. W. James (ICRAR), C. D. Kilpatrick (CIERA; Abteilung für Physik und Astronomie, Northwestern University, USA), W. Lu (Abteilung für Astronomie, University of California, Berkeley, USA; Theoretical Astrophysics Center, University of California, Berkeley, USA), L. Marnoch (SMPS; ASTRC; CSIRO; Australisches Forschungsrat-Zentrum für allumfassende Astrophysik in 3 Dimensionen, Australien), V. A. Moss (CSIRO), J. X. Prochaska (Abteilung für Astronomie und Astrophysik, University of California, Santa Cruz, USA [Santa Cruz]; Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums, Japan), H. Qiu (SKA Observatory, Jodrell Bank, Vereinigtes Königreich), E. M. Sadler (Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, University of Sydney, Australien; CSIRO), S. Simha (Santa Cruz), M. W. Sammons (ICRAR), D. R. Scott (ICRAR), N. Tejos (Institut für Physik, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile) und R. M. Shannon (CAS).

Über die ESO
Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftler*innen weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie. Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt.

Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie Durchmusterungsteleskope wie z. B. VISTA. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Fachartikel
pdf: https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2317a.pdf

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• ESO

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 25. August 2022.

25. August 2022 – Ähnliche Entwicklungsmuster waren zuvor bereits in den Zentren anderer Galaxien festgestellt worden. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die meisten Sterne in dieser Region nicht in eng gebundenen, massereichen Haufen entstanden sind, sondern in lockeren Sternassoziationen, deren Mitgliedssterne längst getrennte Wege gegangen sind. Die Ergebnisse wurden in Nature Astronomy veröffentlicht.

In der zentralen Region der Milchstraße sind die Sterne deutlich dichter gedrängt als in anderen Bereichen unserer Galaxie. Astronom*innen hegen bereits länger die Hoffnung, diese Regionen unserer Heimatgalaxie als eine Art Labor zur Untersuchung besonders schneller und produktiver Sternentstehung nutzen zu können – eines Phänomens, das in zahlreichen anderen Galaxien auftritt, insbesondere in den ersten Milliarden Jahren der kosmischen Geschichte. Bislang stand dem allerdings entgegen, dass es gerade aufgrund der großen Anzahl von Sternen im galaktischen Zentrum schwierig ist, jene Sterne systematisch zu untersuchen.

Eine neue Analyse auf der Grundlage einer hochauflösenden Infrarotdurchmusterung, die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde, liefert nun eine erste repräsentative Rekonstruktion der Sternentstehungsgeschichte in der galaktischen Zentralregion. Sie zeigt außerdem, dass die meisten jungen Sterne im galaktischen Zentrum nicht in massereichen, durch die gegenseitige Schwerkraft eng gebundenen Sternhaufen entstanden sein dürften, sondern in deutlich weniger stark gebundenen Sternassoziationen, deren Sterne sich im Laufe der vergangenen Millionen von Jahren zerstreut haben.

Produktive und unproduktive Galaxien
Unsere Milchstraße ist keine sehr produktive Galaxie. Die neuen Sterne, die in einem Jahr in unserer Heimatgalaxie entstehen, machen zusammengenommen nicht mehr als ein paar Sonnenmassen aus. Sogenannte „Starburst-Galaxien“ sind deutlich effektiver: Während kurzer Episoden, die nur einige Millionen Jahre dauern, entstehen jedes Jahr Dutzende oder gar Hunderte von Sonnenmassen an neuen Sternen! Vor zehn Milliarden Jahren scheint diese Art von hoher Aktivität der Sternentstehung, bei der jedes Jahr Dutzende von Sonnenmassen an neuen Sternen produziert werden, sogar die Norm für Galaxien gewesen zu sein.

Für Astronom*innen ist unsere Milchstraße nicht nur für sich genommen interessant, sondern immer auch ein Werkzeug, mit dessen Hilfe sich etwas über die Eigenschaften von Galaxien im Allgemeinen lernen lässt. Schließlich ist die Milchstraße die einzige Galaxie, die wir aus unmittelbarer Nähe untersuchen können! In Anbetracht der geringen Sternentstehungsaktivität unserer Heimatgalaxie könnte man meinen, dass sie uns allerdings nicht beim besseren Verständnis von Starbursts und anderen Phasen hochproduktiver Sternentstehung helfen kann. Das wäre aber ein Fehlschluss: In den zentralen Regionen der Milchstraße, bis zu Abständen von rund 1300 Lichtjahren vom zentralen Schwarzen Loch unserer Galaxie, waren die Sternentstehungsraten in den letzten 100 Millionen Jahren zehnmal höher als im Durchschnitt. Die Kernregion unserer Galaxie ist so produktiv wie eine Starburst-Galaxie oder wie die hyperproduktiven Galaxien von vor zehn Milliarden Jahren.

Herausforderungen bei der Beobachtung der galaktischen Zentralregionen
Allerdings ist es gar nicht so einfach, diese Zentralregionen genauer zu untersuchen. Zunächst einmal sind sie von der Erde aus gesehen hinter großen Mengen von Staub verborgen. Doch zumindest dieses Problem lässt sich leicht lösen, wenn man die Beobachtungen mit Infrarot-, Millimeterwellen- oder Radiostrahlung durchführt. Mit dem Licht solcher Wellenlängen kann man durch Staubwolken weitgehend hindurchschauen. So haben die Gruppen von Andrea Ghez und Reinhard Genzel ihre nobelpreisgekrönten Beobachtungen von Sternen durchgeführt, die das zentrale Schwarze Loch unserer Galaxie umkreisen (Nahinfrarotbeobachtungen), und so hat die Event Horizon Collaboration das erste Bild des Schattens des zentralen Schwarzen Lochs unserer Galaxie erstellt (Beobachtungen mit Millimeterwellen bei 1,3 mm).

Allerdings ist das nicht das einzige Problem. Gerade weil die Sterne im galaktischen Zentrum so dicht gedrängt sind, sind systematische Untersuchungen an jenen Sternen eine Herausforderung. Es ist nämlich alles andere als einfach, in so einer dichtgedrängten Menge überhaupt einen Stern vom nächsten zu unterscheiden! Einzige Ausnahme sind vereinzelte, sehr helle Riesensterne, die besonders leuchtstark sind, auf diese Weise aus der Masse herausragen und daher vergleichsweise leicht vom Rest zu unterscheiden sind.

Das Problem, in diesem Gewimmel einzelne Sterne zu studieren, beschäftigt die Astronom*innen bereits seit einigen Jahren. Dass es in jenen Regionen in den letzten ein bis zehn Millionen Jahren hochproduktive Sternentstehung gegeben hat, steht außer Frage – das Vorhandensein von Wasserstoffgas, das durch UV-Licht von heißen, jungen Sternen in seine Bestandteile aufgespalten (ionisiert) wird, sowie Röntgenstrahlung, die für bestimmte Arten von jungen, sehr massereichen Sternen charakteristisch ist, belegen dies. Aber die Frage „…wo sind dann die resultierenden jungen Sterne?“ blieb offen. Vor der hier beschriebenen neuen Analyse hatten die Astronom*innen nur rund 10 % der erwarteten Gesamtsternmasse im galaktischen Zentrum gefunden – in zwei massereichen Sternhaufen sowie in Form einiger isolierter junger Sterne. Wo waren all die anderen Sterne, und welche Eigenschaften hatten sie?

Millionen von Sterndaten aus einer detaillierten Durchmusterung
Das war die Ausgangsfrage für die Autor*innen des jetzt neu veröffentlichten Artikels. Francisco Nogueras-Lara, unabhängiger Humboldt-Forschungsstipendiat in der Lise-Meitner-Gruppe von Nadine Neumayer am Max-Planck-Institut für Astronomie, und ihr Kollege Rainer Schödel vom Instituto de Astrofísica de Andalucía in Granada, Spanien, waren dabei in einer besonders guten Ausgangsposition für die Suche nach den fehlenden jungen Sternen im galaktischen Zentrum: Schödel ist Leiter (Principal Investigator, PI) von GALACTICNUCLEUS. Im Rahmen dieser Durchmusterung wurden mit der Infrarotkamera HAWK-I am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte fast 150 Bilder (in den Infrarotbändern J, H und Ks) von der Zentralregion der Milchstraße angefertigt. Die Bilder decken insgesamt ein Gebiet von 64.000 Quadratlichtjahren rund um das galaktische Zentrum ab.

Unter der Leitung von Nogueras-Lara begann dann die Suche nach den fehlenden jungen Sternen. Um einzelne Sterne in einer solcherart überfüllten Himmelsregion zu identifizieren, ist eine hohe Auflösung erforderlich – eine besonders gute Fähigkeit, kleine Details am Himmel zu erkennen und auseinanderhalten zu können. Jedes der vier VLT-Teleskope besitzt einen 8-Meter-Spiegel. Mit sogenannter holografische Bildgebung – dabei werden mehrere kurz belichtete Bilder in geeigneter Weise kombiniert, um die Unschärfeeffekte der Erdatmosphäre auszugleichen – gelang es im Rahmen der Durchmusterung, die Zielregion viel feiner als je zuvor zu kartieren (mit einer Auflösung von 0,2 Bogensekunden). Wo zuvor nur eine Handvoll Sterne kartiert werden konnte, lieferte GALACTICNUCLEUS individuelle Daten für 3 Millionen.

Eigenschaften der Sterne im galaktischen Zentrum
Als sich die Forscher*innen (Falschfarben-)Bilder der GALACTICNUCLEUS-Durchmusterung anschauten, fiel ihnen sofort die als Sagittarius B1 bekannte Region im galaktischen Zentrum ins Auge. Diese Region enthält wesentlich mehr junge Sterne, die das umgebende Gas ionisieren, als andere Regionen – das ist auf Bildern der Region deutlich zu erkennen. Diese Besonderheit der Region kam nicht überraschend. Frühere Beobachtungen, insbesondere von Licht, das charakteristisch für Wasserstoffgas ist, was von heißen Sternen ionisiert wird, hatten das bereits gezeigt. Aber mit den hochaufgelösten GALACTICNUCLEUS-Daten waren Nogueras-Lara und seine Kolleg*innen nun erstmals in der Lage, die Sterne in dieser Region im Detail zu untersuchen.

Selbst mit ihrer hochauflösenden Durchmusterung konnten die Astronom*innen zwar nur Riesensterne individuell untersuchen (keine so genannten Hauptreihensterne wie unsere Sonne), aber die Daten der drei Millionen Sterne, die sie separat untersuchen konnten, enthielten bereits eine Fülle von Informationen. Insbesondere konnten die Astronom*innen die Helligkeit jedes einzelnen Sterns ableiten. Dafür mussten sie die Abschwächung des Sternenlichts durch den Staub zwischen uns und dem betreffenden Stern dokumentieren und herausrechnen. Alle Sterne in Sagittarius B1 sind etwa gleich weit von der Erde entfernt, und die Entfernung von der Erde zum galaktischen Zentrum ist bekannt. Mit diesen Informationen konnten die Astronom*innen die Leuchtkraft jedes Sterns rekonstruieren, also die Lichtmenge, die ein Stern pro Zeiteinheit aussendet.

Rekonstruktion der Sternentstehungsgeschichte im galaktischen Zentrum
Besonders interessant ist dabei die statistische Verteilung der Leuchtkraft dieser Sterne, sprich: wie viele Sterne jeder „Helligkeitsstufe“ sich in Sagittarius B1 befinden. Bei Sternen, die gleichzeitig geboren wurden, ändert sich diese Helligkeitsverteilung im Laufe der Zeit auf regelmäßige und vorhersehbare Weise. Im Umkehrschluss lässt sich aus solch einer Helligkeitsverteilung zumindest eine grobe Geschichte der Sternentstehung ableiten: Wie viele Sterne sind vor mehr als 7 Milliarden Jahren entstanden? Wie viele etwa in der Zeit zwischen 2 und 7 Milliarden Jahren? Wie viele in jüngerer Zeit? Die Leuchtkraftverteilung liefert zumindest eine statistische Antwort auf diese Fragen.

Als Nogueras-Lara, Neumayer und Schödel die Leuchtkraftverteilung analysierten, stellten sie fest, dass es in Sagittarius B1 tatsächlich mehrere Phasen der Sternentstehung gegeben hatte: eine ältere Population von Sternen, die sich vor 2 bis 7 Milliarden Jahren gebildet hatten, und eine große Population deutlich jüngerer Sterne, die nur 10 Millionen Jahre alt oder sogar noch jünger waren. Nogueras-Lara sagt: „Das ist ein beachtlicher Fortschritt bei der Suche nach jungen Sternen im galaktischen Zentrum. Die jungen Sterne, die wir gefunden haben, haben eine Gesamtmasse von mehr als 400.000 Sonnenmassen. Das ist fast zehnmal so viel wie die kombinierte Masse der beiden massereichen Sternhaufen, die bisher in der Zentralregion bekannt waren.“

Wenn Sternentstehung von innen nach außen läuft
Die untersuchten Sterne in der Region Sagittarius B1 sind nicht Teil eines massereichen Sternhaufens, sondern locker verteilt. Das deutet darauf hin, dass sie in einer oder mehreren sogenannten Sternassoziationen entstanden sind. Deren Sterne sind durch ihre wechselseitige Schwerkraft von vornherein weniger stark aneinander gebunden. Auf ihrer Umlaufbahn um das galaktische Zentrum würden sich solche Sternassoziationen auf Zeitskalen von mehreren Millionen Jahren ganz auflösen – zurück bleiben zahlreiche einzelne Sterne. Und auch wenn sich dieses Resultat erst einmal direkt auf Sagittarius B1 bezieht, könnte es ganz allgemein erklären, warum die jungen Sterne im galaktischen Zentrum nur durch hochauflösende Studien wie die vorliegende Arbeit gefunden werden können: wenn ein großer Teil von ihnen ebenso in lockeren Sternassoziationen entstanden ist, die sich inzwischen in Einzelsterne aufgelöst haben.

Interessant sind auch die älteren Sternpopulationen in Sagittarius B1. In den innersten Regionen des galaktischen Zentrums gibt es Sterne, die älter sind als 7 Milliarden Jahre, aber praktisch keine Sterne im mittleren Altersbereich zwischen 2 und 7 Milliarden Jahren. Das legt nahe, dass die Sternentstehung in der Zentralregion in der innersten Region begann und sich dann auf die äußeren Regionen ausbreitete. Bei anderen Galaxien wurde solch ein allgemeiner räumlicher Trend bei der Sternentstehung, von innen nach außen, für die zentralen inneren Sternscheiben („nuclear disk“; eine Scheibe aus Sternen, die das jeweilige galaktische Zentrum umgibt) bereits beobachtet. Den neuen Analysen nach gab es in der zentralen Region unserer Heimatgalaxie einen sehr ähnlichen räumlichen Trend.

Nächste Schritte
So überzeugend die Beweise aus den Infrarotbildern bereits sind, sowohl für die Rekonstruktion der Sternentstehungsgeschichte als auch für den Gesamttrend der Sternentstehung, so sehr sind die Astronom*innen bestrebt, ihre Schlussfolgerungen auf eine noch solidere Grundlage zu stellen. Zu diesem Zweck planen Nogueras-Lara und seine Kolleg*innen, ihre Beobachtungen mit dem KMOS-Instrument am VLT weiterzuverfolgen, einem hochpräzisen Spektrografen. Die Rückschlüsse der jetzt veröffentlichten Studie zur Sternenstehung wurden statistisch, auf der Grundlage der Verteilung der Leuchtkräfte der identifizierten Sterne getroffen. Spektralbeobachtungen würden es den Astronom*innen ermöglichen, einige der sehr jungen Sterne direkt anhand des Aussehens ihrer Spektren zu identifizieren. Das wäre eine wichtige Möglichkeit, die jetzt veröffentlichten Ergebnisse zu überprüfen.

Darüber hinaus wollen die Astronom*innen die Bewegungen der neu entdeckten Sterne am Himmel verfolgen – das ist die sogenannte Eigenbewegung jener Sterne. In der Nähe des galaktischen Zentrums bewegen sich die Sterne vergleichsweise schnell. Obwohl sich diese Sterne in einer Entfernung von etwa 26.000 Lichtjahren von der Erde befinden, wird man deshalb durch sorgfältige Beobachtungen im Laufe einiger Jahre ihre Positionsveränderungen am Himmel messen können. Sterne, die in ein und demselben Sternverband entstanden sind, zerstreuen sich im Laufe der Zeit, behalten dabei aber ungefähr eine einheitliche Bewegungsrichtung bei. Aus den Eigenbewegungen ließen sich deswegen Rückschlüsse ziehen, ob die Sterne in Sagittarius B1 tatsächlich in einem oder mehreren losen Verbänden geboren wurden.

Abschließend sagt Nadine Neumayer: „Beide Arten von Messungen werden hoffentlich dazu dienen, die Ergebnisse die wir veröffentlicht haben, zu bestätigen. Auf alle Fälle werden wir unsere Analyse durch die neuen Messungen verfeinern können. Parallel dazu werden wir und unsere Kolleg*innen untersuchen, was sich aus unseren neuen Erkenntnissen zur Sternentstehung im galaktischen Zentrum über die hochproduktive Sternentstehung in anderen Galaxien ableiten lässt.“

Hintergrundinformationen
Die hier beschriebenen Ergebnisse wurden veröffentlicht als F. Nogueras-Lara et al., “Detection of an excess of young stars in the Galactic Center Sagittarius B1 region” in der Zeitschrift Nature Astronomy. Die beteiligten MPIA-Wissenschaftler*innen sind Francisco Nogueras-Lara und Nadine Neumayer, in Zusammenarbeit mit Rainer Schödel (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Spanien).

Die GALACTICNUCLEUS-Durchmusterung nutzt Teleskope des Paranal-Observatoriums der Europäischen Südsternwarte (ESO). Die Arbeit von Nadine Neumayer ist Teil der Beteiligung des MPIA am Sonderforschungsbereich SFB 881 der Universität Heidelberg.

Orginalveröffentlichung
Francisco Nogueras-Lara, Rainer Schödel, Nadine Neumayer
Detection of an excess of young stars in the Galactic center Sagittarius B1 region
Astrophysics of Galaxies (astro-ph.GA)
https://arxiv.org/abs/2207.02227

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• Sternentstehung

Der Beitrag Erste Einblicke in die hochproduktive Sternenfabrik im Zentrum unserer Galaxis erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESON 15. Juni 2022.

15. Juni 2022 – Astronom*innen haben anhand von neuen Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) komplizierte Details der Sternentstehungsregion 30 Doradus, sichtbar gemacht, die auch unter dem Namen Tarantelnebel bekannt ist. Auf einem hochauflösenden Bild, das heute von der Europäischen Südsternwarte (ESO) veröffentlicht wurde und ALMA-Daten enthält, sehen wir den Nebel in einem neuen Licht: Hauchdünne Gaswolken geben Aufschluss darüber, wie massereiche Sterne diese Region beeinflussen.

„Diese Fragmente könnten die Überreste von einst größeren Wolken sein, die durch die enorme Energie zerfetzt wurden, die von jungen und massereichen Sternen freigesetzt wird – ein Prozess, der als Rückkopplung bezeichnet wird“, erläutert Tony Wong, der die Studie zu 30 Doradus leitete, die heute auf der Tagung der American Astronomical Society (AAS) vorgestellt und im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde. Ursprünglich dachten die Astronom*innen, das Gas in diesen Gebieten sei zu dünn und zu sehr von dieser turbulenten Rückkopplung beeinträchtigt, als dass die Schwerkraft es zusammenziehen könnte, um neue Sterne zu bilden. Die neuen Daten zeigen jedoch auch viel dichtere Filamente, in denen die Schwerkraft noch eine wichtige Rolle spielt. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Schwerkraft selbst bei sehr starker Rückkopplung einen starken Einfluss ausüben und zu einer Fortsetzung der Sternentstehung führen kann“, fügt Wong hinzu, der Professor an der University of Illinois in Urbana-Champaign in den USA ist.

Der Tarantelnebel befindet sich in der Großen Magellanschen Wolke, einer Begleitgalaxie unserer eigenen Milchstraße, und ist eine der hellsten und aktivsten Sternentstehungsregionen in unserer galaktischen Nachbarschaft, etwa 170.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. In seinem Zentrum befinden sich einige der massereichsten Sterne überhaupt. Einige haben mehr als das 150-fache der Masse unserer Sonne, was die Region zu einem idealen Ort macht, um zu untersuchen, wie Gaswolken unter der Schwerkraft kollabieren und neue Sterne bilden.

„Was 30 Doradus so einzigartig macht, ist die Tatsache, dass die Region nah genug ist, um im Detail zu untersuchen, wie Sterne entstehen, und dass ihre Eigenschaften denen ähneln, die man in sehr weit entfernten Galaxien findet, als das Universum noch jung war“, erklärt Guido De Marchi, Wissenschaftler bei der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und Mitautor der Studie, in der die neuen Forschungsergebnisse vorgestellt werden. „Dank 30 Doradus können wir untersuchen, wie Sterne vor 10 Milliarden Jahren entstanden sind, als die meisten Sterne geboren wurden.“

Während sich die meisten bisherigen Untersuchungen des Tarantelnebels auf sein Zentrum konzentrierten, wissen Astronom*innen seit langem, dass auch anderswo starke Sternentstehung stattfindet. Um diesen Prozess besser zu verstehen, führte das Team hochauflösende Beobachtungen durch, die eine große Region des Nebels abdecken. Mithilfe von ALMA maßen sie die Lichtemission von Kohlenmonoxidgas. Auf diese Weise konnten sie die großen, kalten Gaswolken im Nebel kartieren, die kollabieren und neue Sterne entstehen lassen – und wie sie sich verändern, wenn diese jungen Sterne riesige Mengen an Energie freisetzen.

„Wir hatten erwartet, dass die Teile der Wolke, die den jungen massereichen Sternen am nächsten sind, die deutlichsten Anzeichen dafür zeigen würden, dass die Schwerkraft durch die Rückkopplung überwältigt wird“, ergänzt Wong. „Stattdessen haben wir herausgefunden, dass die Schwerkraft in diesen rückkopplungsexponierten Regionen immer noch wichtig ist – zumindest für Teile der Wolke, die ausreichend dicht sind.“

In dem heute von der ESO veröffentlichten Bild werden die neuen ALMA-Daten mit einem früheren Infrarotbild derselben Region überlagert, das helle Sterne und leicht rosafarbene Wolken aus heißem Gas zeigt, die mit dem Very Large Telescope (VLT) und dem Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA) der ESO aufgenommen wurden. Die Kompositaufnahme zeigt die ausgeprägte, netzartige Form der Gaswolken des Tarantelnebels, die ihm seinen spinnenartigen Namen gab. Die neuen ALMA-Daten sind dabei als die hellen rot-gelben Streifen im Bild dargestellt: sehr kaltes und dichtes Gas, das eines Tages kollabieren und Sterne bilden könnte.

Die neuen Forschungsergebnisse enthalten detaillierte Hinweise darauf, wie sich die Schwerkraft in den Sternentstehungsgebieten des Tarantelnebels verhält, aber die Arbeit ist noch lange nicht abgeschlossen. „Es gibt noch viel mehr mit diesem fantastischen Datensatz zu tun, und wir veröffentlichen ihn, um andere Forscher*innen zu neuen Untersuchungen zu ermutigen“, sagt Wong abschließend.

Weitere Informationen
Die hier dargestellten Forschungsergebnisse werden auf dem 240. Meeting der American Astronomical Society (AAS) im Rahmen der Pressekonferenz „Stars, Their Environments & Their Planets” (Mittwoch, 15. Juni, 19:15 CEST / 10:15 PT) präsentiert. Medienvertreter*innen sind herzlich eingeladen den Livestream der Pressekonferenz zu verfolgen, der über den YouTube-Kanal des AAS Press Office öffentlich zugänglich ist: https://www.youtube.com/c/AASPressOffice.

Die beteiligten Wissenschaftler*innen sind T. Wong (Astronomy Department, University of Illinois, USA), L. Oudshoorn (Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden, Niederlande), E. Sofovich (Illinois), A. Green (Illinois), C. Shah (Illinois), R. Indebetouw (Department of Astronomy, University of Virginia, USA und National Radio Astronomy Observatory, USA), M. Meixner (SOFIA-USRA, NASA Ames Research Center, USA), A. Hacar (Department of Astrophysics, Universität Wien, Österreich), O. Nayak (Space Telescope Science Institute, USA), K. Tokuda (Department of Earth and Planetary Sciences, Faculty of Sciences, Kyushu University, Japan und National Astronomical Observatory of Japan, National Institutes of Natural Sciences, Japan und Department of Physics, Graduate School of Science, Osaka Metropolitan University, Japan), A. D. Bolatto (Department of Astronomy and Joint Space Science Institute, University of Maryland, USA und NRAO Visiting Astronomer), M. Chevance (Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg), G. De Marchi (European Space Research and Technology Centre, Niederlande), Y. Fukui (Department of Physics, Nagoya University, Japan), A. S. Hirschauer (STSci), K. E. Jameson (CSIRO, Space and Astronomy, Australien), V. Kalari (International Gemini Observatory, NSF’s NOIRLab, Chile), V. Lebouteiller (AIM, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay, Université Paris Diderot, Frankreich), L. W. Looney (Illinois), S. C. Madden (Departement d’Astrophysique AIM/CEA Saclay, Frankreich), Toshikazu Onishi (Osaka), J. Roman-Duval (STSci), M. Rubio (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile) und A. G. G. M. Tielens (Department of Astronomy, University of Maryland, USA und Leiden).

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Über ALMA
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von der ESO, der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) der USA und den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Republik Chile betrieben wird. Getragen wird ALMA von der ESO im Namen ihrer Mitgliedsländer, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC), dem Ministry of Science and Technology (MOST) und NINS in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan sowie dem Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federführend für den europäischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, für den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) für den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

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https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2209/eso2209a.pdf

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