Quelle: Universität Wien.

Galaxienhaufen stellen im Universum die größte Masseansammlung dar. Mit ihren 1.000- bis 10.000-fach größeren Massen als jene der Milchstraße ziehen diese auch heute noch Materie ihrer Umgebung an. In der Folge stürzen Galaxien als Gruppen oder einzeln sowie Gas in den Gravitationstrog eines Haufens. Der überwiegende Teil der Galaxien im Haufen ist allerdings gasarm im Gegensatz zum „Feld“, also außerhalb von Haufen. Durch welche Prozesse eine Galaxie in einem Haufen Gas verliert, untersucht ein internationales Konsortium unter Beteiligung von Gerhard Hensler von der Universität Wien. Die Ergebnisse erschienen kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Astronomy and Astrophsics“ und wurden von ihr zur Veröffentlichung des Monats März deklariert.

Zur Untersuchung des Gasverlusts in Galaxienhaufen und zum Verständnis der dafür verantwortlichen Prozesse wurde von einem von französischen KollegInnen geführten internationalen Konsortium unter Beteiligung von Gerhard Hensler von der Universität Wien ein Beobachtungsprogramm am Canadian-French-Hawaii Telescope (CFHT) initiiert. In diesem Projekt erforschen die AstrophysikerInnen das H-alpha-Gas von Galaxien in dem mit „nur“ 50 Millionen Lichtjahren Entfernung erdnächsten Galaxienhaufen im Sternbild Virgo. Das Projekt trägt daher den Namen „Virgo Environmental Survey Tracing Ionized Gas Emission“ (VESTIGE).

Während das zum Galaxienhaufen gehörige Gas zig Millionen Grad heiß ist, kann im Gegensatz dazu das viel kühlere Gas in den Galaxien durch die Kollision von Gasströmen und durch Strahlungsprozesse aufgeheizt werden. Solche Aufheizprozesse lassen u.a. das Wasserstoffgas, das bei weitem häufigste Element im Universum, diese Energie wieder abgeben, indem es in seiner H-alpha-Spektrallinie leuchtet.

Gasströme um den aktiven Galaxienkern von M87
In der Studie wurde die Zentralgalaxie des Virgo-Haufens M87, die als Paradeobjekt für die Wechselwirkungen eines aktiven massereichen Kerns mit seiner Umgebung gilt, detailliert untersucht. Im Zentrum besitzt M87 ein Milliarden-Sonnen-schweres Schwarzes Loch als gewaltige „Energiemaschine“, die riesige Gas-Jets auswirft.

Mit Hilfe von H-alpha-Bildern und von Gesamtspektren fanden die ForscherInnen nun spektakuläre Filamente und Schwaden von ionisiertem Wasserstoffgas, die vom Zentrum rund zehn bis 25 tausend Lichtjahre in unterschiedliche Richtungen hinaus reichen und sich erst bei rund 60.000 Lichtjahren Ab-stand abschwächen. Zum Vergleich besitzt unsere Milchstraße selbst einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren. Diese Gasstrukturen sind bereits in den innersten 9.000 Lichtjahren von Staub, d.h. festen Partikeln, durchsetzt. Besonders auffällig sind turbulente Strömungsgeschwindigkeiten von 700 bis 800 km pro Sekunde auf Längen von nur 3.000 Lichtjahren innerhalb des zentralen Bereichs. Aus Spektrallinien schließen die WissenschafterInnen, dass das Gas durch Stoßfronten geheizt wird, die aus der Interaktion der zentralen Jets mit wohl aus der Galaxienumgebung einfallendem Gas entstehen.

Gasfilamente dokumentieren den andauernden Gasverlust
Neben diesen neuen Einblicken in den aktiven Kern der M87-Galaxie beschäftigen sich die Studien ebenso mit dem Verlust von Gas aus Galaxien, wie er bei NGC 4569 deutlich sichtbar ist. Ein Prozess, der dafür verantwortlich ist, entsteht durch die Bewegung der Galaxien durch das ruhende heiße Haufengas, bei der ein „Gegenwind“ erzeugt wird – so ähnlich, wie wir ihn beim Radfahren verspüren, nur mit 1.000 km pro Sekunde ungleich kräftiger. Viele andere Galaxien im Virgo-Haufen werden durch diesen Gasverlust nicht nur „blutleer“ – bei fehlendem Gas können auch keine Sterne mehr entstehen –, sondern erfahren andererseits, dass sich in manchen abgestreiften Gasklumpen Sternhaufen bilden, die dann im intergalaktischen Raum „umherfliegen“, erkennbar als Knoten im Ultravioletten, z.B. um NGC 4254.

Unter welchen Umständen dies geschieht, wird in der Arbeitsgruppe an der Universität Wien anhand von numerischen Simulationen erforscht. Die Milchstraße erfährt keinen solchen Effekt. Ihre Sterne, wie unser Sonnensystem, in dem sich auch die Erde befindet, entstehen seit den letzten zehn Milliarden Jahren nur innerhalb der galaktischen Gasscheibe. „Der der Erde am nächsten gelegene Galaxienhaufen im Virgo bietet daher die beste Möglichkeit, das Verhalten von Galaxien bei vielfältigen und intensiven Umgebungseinflüssen zu studieren“, so Hensler. „Die gleichen Untersuchungen werden wir am ebenso nahen Fornax-Haufen in weiteren Kooperationen fortführen, der am Südhimmel von den Teleskopen der Europäischen Südsternwarte (ESO) erfasst werden kann.“

Der Beitrag Wie Galaxien in Haufen ihr Gas verlieren erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein, bearbeitet von Star-Light, Quelle: ESA.

Zum ersten Mal konnten in einer Galaxie dieses Alters mehrere Perioden der Sternentstehung unterschieden werden. Bisher wurde stets davon ausgegangen, dass elliptische Galaxien eine anfängliche Periode der Sternentstehung durchlaufen und danach keine Sterngeburten mehr zu verzeichnen haben. Durch den Verbund der größten Teleskope im Weltraum und am Boden wurde jetzt nachgewiesen, dass solche Galaxien mehr in sich bergen als zunächst angenommen.

Die meisten Sterne sind in elliptischen Galaxien zu finden, deren Erscheinungsbild bisher vermuten ließ, dass sie und ihre Sterne alt sind. Diese Galaxien geben ein diffuses, rötliches Leuchten von sich, das normalerweise mit viele Milliarden Jahre alten Sternen in Verbindung gebracht wird. Bis vor kurzem sind die meisten Astronomen mangels anderer Beobachtungsdaten davon ausgegangen, dass die Entstehung neuer Sterne in solchen Galaxien im Wesentlichen nicht mehr stattfindet.

Um das „Sternengemisch“ in elliptischen Galaxien in seine verschiedenen Bestandteile zu zerlegen, hat ein Team aus europäischen und amerikanischen Astronomen massereiche Sternhaufen in und um nahe gelegene Galaxien beobachtet. Diese wegen ihrer Gestalt als „Kugelsternhaufen“ bezeichneten Ansammlungen kommen in großer Zahl um alle beobachteten Galaxien vor. Sie erhalten durch jede Sternbildungsepisode, die sie durchlaufen, eine besondere Prägung. Am Alter der Kugelhaufen in einer Galaxie lassen sich somit die vergangenen Epochen aktiver Sternbildung in einer Galaxie ablesen. Durch Untersuchen der Prägung und Bestimmung der Altersverteilung der Kugelsternhaufen können die Astronomen ermitteln, wann ein Großteil der Sterne in einer elliptischen Galaxie entstanden ist.

Ein Team aus europäischen und amerikanischen Wissenschaftlern kombinierte nun eine Reihe von Galaxienaufnahmen der Hubble-Weitwinkel- und Planetenkamera Nr. 2 mit Infrarotaufnahmen, die mit dem vielseitig einsetzbaren ISAAC-Instrument auf dem 8,2 m-VLT-Teleskop Antu des Paranal-Observatoriums der ESO („European Southern Observatory“) in Chile gemacht worden waren. Dabei entdeckten sie, dass viele Kugelsternhaufen in der Galaxie NGC 4365, die zum großen Virgo-Galaxienhaufen gehört, nur wenige Milliarden Jahre alt sind – also weit jünger als die meisten anderen Sterne in dieser Galaxie, deren Alter auf rund 12 Milliarden Jahre geschätzt wird.

Die Astronomen konnten drei Hauptgruppen von Sternhaufen ausmachen: eine alte Population von Haufen metallarmer Sterne, einige Haufen alter, aber metallreicher Sterne und nun die erstmals aufgespürte Population von Haufen junger und metallreicher Sterne. Diese Erkenntnis wurde durch spektroskopische Beobachtungen mit einem anderen Riesenteleskop, dem 10 m-Keck-Teleskop auf Hawaii, voll bestätigt. Die Entdeckung junger Kugelsternhaufen in alten Galaxien ist überraschend, weil man bisher glaubte, dass die Sterne in den gigantischen elliptischen Galaxien ausnahmslos in einer einzigen Epoche der frühen Geschichte des Universums entstanden sind. Jetzt ist klar, dass manche Galaxien ihr wahres Wesen verbergen und in Wirklichkeit sehr viel jüngere Perioden aktiver Sternbildung durchlaufen haben.

„Wir freuen uns sehr, dass aus der Zusammenarbeit zwischen zwei von Europa geförderten Projekten – VLT und Hubble – so bedeutende wissenschaftliche Ergebnisse hervorgehen“, sagt der Hubble-Projektwissenschaftler der ESA, Piero Benvenuti. „Die Synergie zwischen den modernsten Boden- und Weltraumteleskopen trägt weiterhin Früchte und bereitet den Weg für eindrucksvolle neue Entdeckungen, die sonst nicht möglich wären.“

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