Quelle: AIP.

Während Studien über die Bewegungen sonnennaher Sterne auf einen sowohl schnellen als auch kleinen Balken schließen lassen, finden direkte Beobachtungen der galaktischen Zentralregion übereinstimmend einen deutlich langsameren und längeren Balken. Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Tariq Hilmi von der University of Surrey und Ivan Minchev vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) hat eine Erklärung für diese scheinbare Diskrepanz gefunden. Das Team untersuchte die letzten Stufen in der Evolution der Milchstraße. Dazu analysierten die Wissenschaftler modernste Simulationen der Galaxienentstehung und konnten zeigen, dass sowohl die Größe des Balkens, als auch seine Rotationsgeschwindigkeit zeitlich schwanken, wodurch der Balken zu bestimmten Zeiten bis zu doppelt so lang und 20 Prozent schneller erscheint als zu anderen.

Diese Pulsationen des galaktischen Balkens resultieren aus seinen regelmäßigen Begegnungen mit den galaktischen Spiralarmen – eine Art „kosmischer Tanz“. Spiralarme sind Dichtewellen innerhalb unserer Galaxie und bewegen sich mit ähnlicher Geschwindigkeit wie die Sonne. Eine volle Umdrehung um das Zentrum der Milchstraße vollführen sie in etwa 200 Millionen Jahren, während der zentrale Balken etwa 60 Millionen Jahre benötigt. Wenn sich der schneller rotierende Balken einem Spiralarm nähert, bewirkt ihre gegenseitige Anziehung aufgrund der Schwerkraft eine Verlangsamung des Balkens und eine Beschleunigung des Spiralarms. Sobald sie verbunden sind, bewegen sich beide Strukturen wie eine Einheit, und der Balken erscheint viel länger, als er tatsächlich ist. Wenn sich die Tänzer voneinander trennen, beschleunigt der Balken, während die Spiralarme ihre Rotationsgeschwindigkeit wieder verlangsamen.

„Die Kontroverse um den galaktischen Balken, die auf verschiedenen Studien von Beobachtungsdaten beruht, kann dann einfach aufgelöst werden: Wir leben zu einer Zeit, in der der Balken und die Spiralarme miteinander verbunden sind, wodurch die Illusion eines großen und langsamen Balkens entsteht, während die Bewegung der Sterne in der Nähe der Sonne von der wahren, viel kleineren Statur des Balkens bestimmt wird“, sagt Ivan Minchev. Tatsächlich haben jüngste Beobachtungen gezeigt, dass der innere Spiralarm der Milchstraße mit dem Balken verbunden ist.

Die meisten Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße beherbergen in ihrem Zentrum eine Balkenstruktur. Die Anziehungskraft dieses galaktischen Balkens formt nicht nur die Umlaufbahnen der Sterne in seiner Nähe, sondern bis zu unserer Sonne und darüber hinaus. Die Kenntnis der wahren Balkengröße und seiner Rotationsgeschwindigkeit ist entscheidend, um zu verstehen, wie sich unsere Heimatgalaxie gebildet und entwickelt hat und wie Galaxien im gesamten Universum Balken bilden. Anders als bei externen Galaxien ist der Balken der Milchstraße aufgrund unserer Position in der galaktischen Scheibe jedoch schwer direkt zu beobachten. Daten aus der bevorstehenden 3. Datenveröffentlichung der Gaia-Mission werden dieses Modell weiter testen können – und künftige Missionen werden herausfinden, ob der Tanz in anderen Galaxien im gesamten Universum weitergeht.

Originalpublikation
Tariq Hilmi, Ivan Michev et al. (2020): Fluctuations in galactic bar parameters due to bar–spiral interaction. MNRAS 497, 933–955

Pressemitteilung der Royal Astronomical Society
https://ras.ac.uk/news-and-press/research-highlights/galactic-bar-paradox-resolved-cosmic-dance

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• Die Milchstraße

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESO.

Bei einem der in unserer Galaxie angesiedelten offenen Sternhaufen handelt es sich um den im Sternbild „Schiffskiel“ (lat. Name „Carina“) gelegenen Sternhaufen NGC 3590. Dieser etwa 35 Millionen Jahre alte Sternhaufen besteht aus mehreren Dutzend Sternen, welche durch die von ihnen ausgehenden gravitativen Einflüsse schwach aneinander gebunden sind. Entdeckt wurde der rund 7.500 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt gelegene Haufen im Jahr 1835 durch den englischen Astronomen John Herschel.

Der Aufbau unserer Heimatgalaxie
NGC 3590 bietet nicht nur den interessierten Hobbyastronomen einen faszinierenden Anblick – er stellt auch ein nützliches Beobachtungsobjekt für professionelle Astronomen dar. Durch eingehende Untersuchungen dieses und anderer relativ nahe zu unserem Sonnensystem gelegener Sternhaufen können die Astronomen die Eigenschaften der Spiralscheibe unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, näher erforschen.

Eine der massereichsten Komponenten unserer Heimatgalaxie ist der sogenannte Bulge, eine Materieverdichtung im Zentrum der Milchstraße. Diese riesige, zentrale ‚Sternwolke‘ besteht aus etwa 10 Milliarden Sternen und verfügt über einen Durchmesser von mehreren tausend Lichtjahren. Von dem zentralen Bulge ausgehend erstrecken sich mehrere lange, geschwungene Ströme aus Gas und Sternen ins Weltall – die sogenannten Spiralarme.

Diese Arme, zwei dicht mit Sternen angereicherte Hauptarme und zwei weniger dicht ‚bevölkerte‘ Nebenarme, sind nach den Sternbildern benannt, durch die sie hauptsächlich verlaufen. Dementsprechend tragen sie die Bezeichnungen Carina-Sagittarius, Norma, Scutum-Centaurus und Perseus.

Der offene Sternhaufen NGC 3590 befindet sich im größten Einzelsegment eines Spiralarms, welcher von unserer Position in der Galaxis aus betrachtet werden kann – die stark mit Sternen bevölkerte und im Carina-Sagittarius-Nebenarm gelegene Spiralstruktur im Bereich des Sternbildes Carina. Der astronomische Name dieses Spiralarmes – Carina beziehungsweise Schiffskiel – ist durchaus angemessen.

Diese Spiralarme können auch als ‚Wellen‘ von konzentrierten interstellaren Gas- und Staubansammlungen – sogenannten Sternentstehungsgebieten – und Sternen angesehen werden, welche sich durch die Milchstraßenebene bewegen und dabei gelegentlich Ausbrüche von Sternentstehungen verursachen.

Offene Sternhaufen – Ein Feldlabor zur Überprüfung der Sternentstehungstheorien
Aus solchen H-II-Regionen geht in der Regel jedoch nicht nur ein einzelner, isolierter Stern hervor. Vielmehr reicht die Anzahl der sich zeitgleich in einem H-II-Gebiet bildenden Sterne von einigen Dutzend bis hin zu mehreren Tausend Sternen, welche nach dem Abschluss der Sternentstehungsphase in dieser Region des Weltalls zunächst einen offenen Sternhaufen wie den hier weiter unten gezeigten Haufen NGC 3590 bilden. Im Laufe der Jahrmillionen driften die ursprünglich alle zur selben Zeit und in der gleichen Region entstandenen Sterne dann langsam auseinander, bis sie nicht mehr als einstmals zusammenhängender Sternhaufen erkennbar sind.

Offene Sternhaufen stellen aufgrund der Art und Weise ihrer Entstehung – alle Sterne bildeten sich ursprünglich aus der gleichen Materiewolke – perfekte Beobachtungsziele für Astronomen dar, um die verschiedenen Theorien zur Entstehung und Entwicklung von Sternen zu überprüfen. Zudem ist es möglich, durch gezielte Analysen der in solchen Sternhaufen konzentrierten Sterne die Entfernungen der unterschiedlichen Teile eines Spiralarms genauer zu bestimmen und so mehr über die Struktur und den Aufbau unserer Heimatgalaxie zu erfahren.

Die hier gezeigte Aufnahme des offenen Sternhaufens NGC 3590 wurde mit dem Wide Field Imager (WFI) des MPG/ESO-2,2-Meter-Teleskops am La Silla-Observatorium der Europäischen Südsternwarte (ESO) in den chilenischen Anden angefertigt und zeigt sowohl den Sternhaufen als auch die interstellaren Wolken aus Gas und Staub, welche ihn umgeben. Angeregt durch die Strahlung von nahe gelegenen heißen Sternen leuchten diese Wolken orange und rot. Das große Sichtfeld des WFI fängt außerdem eine gewaltige Anzahl von weiter entfernt gelegenen Hintergrundsternen ein.

Zwecks der Erstellung des hier gezeigten Bildes wurden mehrere Beobachtungen mit verschiedenen Filtern durchgeführt, um die verschiedenen Farben der Szenerie einzufangen. Anschließend wurden die Einzelaufnahmen zu einem einzigen Bild kombiniert. Neben Filtern, welche für den sichtbaren und infraroten Spektralbereich ausgelegt sind, wurde hierzu auch ein spezieller Filter, der nur die Strahlung von leuchtendem Wasserstoff sammelt, eingesetzt.

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• Sternhaufen
• Sternentstehung

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Ein Beitrag von Gertrud Felber. Quelle: ESA/NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Die Galaxie 2MASX J05210136-2521450 ist eine sehr hell leuchtende Infrarot-Galaxie, die enorme Mengen infraroter Wellen aussendet. Daraus schließen die Wissenschaftler auf eine intensive Sternentstehungsaktivität. Die Kollision zwischen zwei wechselwirkenden Galaxien hat im Verlaufe des Verschmelzungsprozesses deutliche Spuren hinterlassen.

2MASX J05210136-2521450 präsentiert einen einzigen hellen Kern und eine spektakuläre äußere Struktur, die eine einseitige Verlängerung des inneren Arms umfasst. Durch die einwirkenden Gravitationskräfte bei der Verschmelzung bewegt sich ein Arm in die entgegengesetzte Richtung. Das Foto ist ein Komposit von Bildern der Advanced Camera for Surveys des Hubble Space Telescope im Nah-Infrarot-Bereich und im sichtbaren Licht.

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• Sternenstehung (ab 14. Mai 2013)

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Ein Beitrag von Juliane v. Geisau. Quelle: ESO.

Mit einer Belichtungszeit von 10 Minuten und einer Reihe von Spezial-Filtern konnten sehr lichtschwache Details sichtbar gemacht werden. Die Aufnahme zeigt die Spiralarme von M83 mit Milliarden von leuchtenden Sternen und geschmückt mit unzähligen Verzierungen aus rubinrotem Licht. Es gibt dort riesige Wolken aus Wasserstoff. Ultraviolette Strahlung von neugeborenen Sternen ionisiert den Wasserstoff in den Wolken und bringt ihn zum Leuchten. Diese Regionen, in denen Sterne entstehen, sind in dem Bild deutlich von Regionen mit älteren, gelben Sternen zu unterscheiden. In hoher Auflösung können Sie die Aufnahme hier betrachten.

M83 wurde Mitte des 18. Jahrhunderts von dem französischen Astronomen Nicolas Louis de Lacaille entdeckt. Sie ist ein kleinerer Doppelgänger unserer Milchstrasse – 15 Millionen Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Hydra mit einer Ausdehnung von 40.000 Lichtjahren. Ein wunderschönes Beispiel einer Balkenspiralgalaxie, bekannter unter dem populären Namen „Südliches Feuerrad“.

Neueste Beobachtungen dieser rätselhaften Galaxie in ultravioletter Strahlung und Radiowellen zeigen, dass selbst die äußersten Regionen mit „Babysternen“ übersät sind. Untersuchungen im Bereich der Röntgenstrahlung offenbaren das Zentrum von M83 mit einem Haufen an Sternenformationen tief in einer Wolke aus überhitztem Gas mit einer Temperatur von 7 Millionen Grad Celsius. M83 ist zudem eine Galaxie mit einer ungewöhnlich hohen Anzahl an Supernovae, 6 allein in den letzten 100 Jahren.

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Ein Beitrag von Claudia Michalecz. Quelle: Spacefligth Now.

Dieses genaueste, jemals gemachte Foto der so genannten Whirlpool-Galaxie wurde im Jänner dieses Jahres gemacht. Dabei bewährte sich wieder einmal die Advanced Camera for Surveys an Bord von Hubble. Es zeigt das prächtige Design einer spiralförmigen Galaxie, von den geschwungenen Spiralarmen, in deren Regionen junge Sterne wohnen, bis zum zentralen Kern, dem Wohnort älterer Sterne. Die wirbelnde Struktur der Galaxie ist für ihren Spitznamen Whirlpool verantwortlich.

Der eindrucksvollste Zusatz der Whirlpool Galaxie sind ihre zwei geschwungenen Arme. Sie sind ein Kennzeichen von so genannten grand-design Spiralgalaxien. Viele Spiralgalaxien besitzen zahlreiche, jedoch eher formlose, Arme. Dadurch kommt ihre Spiralstruktur nicht so gut zur Geltung. Die Arme einer Spiralgalaxie erfüllen einen wichtigen Zweck. Sie sind Sternen-Produktions-Fabriken, wobei sie Wasserstoffgas zusammenpressen und neue Haufen von Sternen bilden. Bei einer Whirlpool-Galaxie beinhaltet der Aufbau der zwei Arme, dunklen Wolken aus Gas in ihrem inneren Rand, sie gehen dann nach weiter außen über zu großen rosaroten, Sterne bildenden Regionen und laufen langsam mit wunderschönen blauen Sternenhaufen, entlang des äußeren Randes, aus.

Einige Astronomen sind davon überzeugt, dass die Whirlpool Galaxie ihre deutlich ausgeprägten Arme ihrem nahen Nachbarn zu verdanken hat. NGC 5195 ist eine kleine, gelbliche Galaxie und berührt ihre Nachbargalaxie, an der äußersten Spitze einer seiner Arme. Auf den ersten Blick scheint sie am Arm zu ziehen. Die klaren Bilder von Hubble zeigten jedoch, dass NGC 5195 hinter der Whirlpool Galaxie vorbeizieht. Die kleine Galaxie segelt seit hunderten von Millionen Jahren vorbei.

Während NGC 5195 vorbeidriftete, wirkten ihre Gravitationskräfte auf den Wirbel ein. Sie erzeugte Wellen innerhalb der Galaxie, genauso wie ein Stein Wellen im Wasser erzeugt. Wenn Gaswolken, welche die Scheibe umkreisen, von den Wellen durchlaufen werden, verdichtet sich ihr Gasmaterial entlang des inneren Randes jedes Armes. Das dunkle, neblige Material wirkt wie aufziehende Sturmwolken. Die großen Sterne werden irgendwann einmal die dunklen Schwaden fortfegen können – mit einer Sturzflut von radiaktiver Strahlung, Hurrikan-ähnlichen Winden und Schockwellen von Supernovaexplosionen. Große blaue Sternehaufen heben sich von dem Chaos ab und beleuchten die Arme der Whirlpool-Galaxie wie Straßenlaternen.
Der Whirlpool ist einer der galaktischen Lieblinge der Astronomen. Er befindet sich etwa 31 Millionen Lichtjahre entfernt, in der Canes Venatici-Konstellation, welche auch „die jagenden Hunde“ genannt wird. Neben ihrem wunderschönen Betrachtungsbild studieren die Astronomen die klassische Struktur einer Spiralgalaxie und ihren Sternenbildungsprozess.

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Autor: Mark Weimar

Die besagte Galaxie „NGC 4622“ ist 111 Mio. Lichtjahre von uns entfernt. Sie befindet sich im Sternbild Centauros und ist damit von Mitteleuropa nicht beobachtbar. Nun haben die drei Wissenschaftler, Ron Buta, Gene Byrd (beide von der Universität Tuscaloosa in Alabama) und Tarsh Freeman (Bevill State Community, ebenfalls in Alabama), diese Galaxie etwas genauer beobachtet. Die dadurch gewonnenen Kenntnisse präsentierten sie dem Januarmeeting der „American Astronomical Society“. Mit dem Hubble Space Teleskop wurden kurze Zeit später Aufnahmen im ultravioletten und im infraroten Licht gewonnen und addiert. Das Ergebnis war eine beeindruckende Aufnahme der Galaxie mit zwei gigantischen äußeren Spiralarmen welche die Galaxie wie einen überdimensionalen Strudel wirken lassen. Über beinahe die gesamte Länge dieser Spiralarme sind Sternenentstehungsgebiete zu erkennen, welche in einem bläulichen Schimmer glänzen.

Doch das Erscheinungsbild der Galaxie trügt. Beim betrachten der Galaxie hatten die Astronomen den Eindruck sie würde sich entgegen dem Uhrzeigersinn drehen. Dies ist erkennbar an den Staub- und Gasfontänen die sich aus den Spiralarmen gelöst haben und nun nachgezogen werden. Die Astronomen staunten nicht schlecht als sie herausgefunden haben das sich die äußeren Spiralarme im Uhrzeigersinn drehen und ein Spiralarm im Inneren der Galaxie sich „richtig“ bewegt also entgegen dem Uhrzeigersinn. Diese Galaxien sind sehr selten und man sich ihr seltsames verhalten nur durch eines Erklären. NGC 4622 muss einmal eine kleine Begleitgalaxie gehabt haben die sie nun in sich aufgesogen hat also mit ihr verschmolzen ist. Dies könnte erklären warum sich nur die äußeren Arme verkehrt herum drehen und es könnte ebenfalls die vielen Sternenentstehungsgebiete erklären, die überwiegend in den äußeren Armen liegen. Doch die Astronomen haben noch eine weitere Entdeckung gemacht. Nördlich der Galaxie haben sie eine mögliche Supernova entdeckt.

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