Eine Galaxie mit dem gewissen staubigen Etwas

Hubble-Weltraumteleskop observierte elliptische Galaxie NGC 4696, die anders ist als ihre Artgenossen

Angesichts des für eine elliptische Galaxie ungewöhnlichen Aussehens von NGC 4696 rätseln Astronomen über den Grund für die seltsame Form der 150 Millionen Lichtjahre fernen Welteninsel. Woher kommen die merkwürdigen Staubfasern, die aus der Galaxie ragen? Woraus bestehen sie? Und wie stark prägt das große Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie das seltsame Erscheinungsbild von NGC 4696?

Hubble-Aufnahme der elliptischen Galaxie NGC 4696. Bild: ESA/Hubble/NASA

Galaktische Unikate

Keine gleicht der anderen. Jede von ihnen wartet mit Charakteristika auf, die ihre Einzigartigkeit unterstreichen. Sie unterscheiden sich in puncto Größe, Masse, Sternendichte, Sternenanzahl, Durchmesser und Morphologie. Manche von ihnen kollidieren, verschmelzen mit- und ineinander oder werden von dem massereicheren Nachbarn regelrecht verschluckt, der selbst wiederum das Produkt einer Kollision sein könnte. Überdies hausen in deren Zentren selbst höchst schluckfreudige, Materie verschlingende Schwarze Löcher der verschiedensten Größenklassen.

Galaxien sind fürwahr kosmische Unikate, von denen in unserem Universum bis zu 500 Milliarden heimisch geworden sein könnten. Mal treten sie in Gestalt von Spiralgalaxien oder Balkenspiralen, ein anderes Mal in Form von irregulären und aktiven Galaxien (u.v.a. Formen etc.) in Erscheinung. Häufig erhellen sie das All auch als elliptische Galaxien.

Hort für stellare Greise

Was ihre Form anbelangt, gereichen sie dabei ihrem Namen nicht immer zur Ehre, tauchen sie doch bisweilen auch als kugelartige Gebilde auf. Elliptische Galaxien zählen zu den massereichsten und am häufigsten vorkommenden Galaxienarten im Universum. Mitunter beherbergen solche Sternsysteme bis zu eine Billion Sterne. Größtenteils handelt es sich dabei um ältere stellare Semester – Jungsterne hingegen machen sich in galaktischen Materieoasen dieser Machart in der Regel rar.

Im Gegensatz zu Spiralgalaxien können elliptische Galaxien mit komplexeren inneren Strukturen nicht aufwarten, von einem Spiralarm oder inneren stabilen Sternentstehungsgebieten mit Jungsternen ganz zu schweigen. Während in deren Kern die Aktivität und Konzentration der Sterne vergleichsweise hoch ist, nimmt die Helligkeit zum äußeren Rand hin deutlich ab.

Vor allem in den galaktischen äußeren Regionen (aber auch im Zentrum) mangelt es (von gewissen Ausnahmen abgesehen) ausgerechnet an jenen kosmisch-stellaren Zutaten, die für die Neubildung von Sternen unabdingbar sind: interstellares Gas und interstellarer Staub. Nicht leuchtende interstellare Staubwolken erfüllen deren Inneres mit Leben, sondern vornehmlich Sterne der Population II, also ältere, leicht rötliche astrale massearme Veteranen.

M87 - Beispiel einer klassischen elliptischen Galaxie. Bild: Robert Gendler

Produkte von Galaxienkollisionen

Kein Wunder demnach, dass elliptische Galaxien noch vor wenigen Jahren als eine einfache urzeitliche Galaxienart kategorisiert wurde. Heute indes assoziieren Astronomen mit ihnen weitaus komplexere Systeme, die im Zuge der Verschmelzung zweier oder mehrerer Spiralgalaxien entstanden sind. Aufgrund solcher Kollisionen gewinnen elliptische Galaxien einerseits ihr charakteristisches Aussehen. Andererseits kommt es dabei sukzessive zu heftigen, kurzen Sternentstehungsphasen, bei denen der interstellare Staub und das interstellare Gas jedoch größtenteils aus der jungen elliptischen Galaxie geschleudert werden. Da auf diese Weise die für die Sternentstehung nötige Materie fehlt, altert die Galaxie schneller und wird stetig leuchtärmer.

Geradezu kennzeichnend für diese Galaxien-Klasse ist auch ihre geringe Eigenrotation, desgleichen die relativ hohe Helligkeit im Zentrum, die nicht zuletzt auf die Aktivität supermassiver Schwarzer Löchern zurückzuführen ist.

Astronomen haben elliptische Galaxien, die sich im Hinblick auf Morphologie und Größe sichtbar voneinander unterscheiden, in verschiedene Klassen eingeteilt. Beispielsweise bezeichnen sie extrem leuchtstarke, riesige, im Durchmesser bis zu drei Millionen Lichtjahre große Systeme als cD-Galaxien, wo hingegen sie kugelförmige Zwerggalaxien (dSph's) oder blaue kompakte Zwerggalaxien (BCD's) zu den kleinen, sprich massearmen Repräsentanten zählen.

Bild: NASA/ESA

Staubring und bizarrer Staubfäden

Mithilfe der Advanced Camera for Surveys (ACS) des Hubble-Weltraumteleskops ist es NASA und ESA-Astronomen unlängst gelungen, einen besonders ungewöhnlichen Vertreter dieser galaktischen Gattung im optischen als auch im Infrarotlicht fotografisch festzuhalten. Bei dem 150 Millionen Lichtjahre entfernten Objekt handelt es sich eine elliptische Galaxie mit der prosaischen Katalognummer NGC 4696. Versehen mit einem Durchmesser von rund 90.000 Lichtjahren ist sie die größte und hellste Welteninsel in dem Centaurus-Galaxienhaufen (Abell 3526).

Gleichwohl hebt sich NGC 4696 durch eine auffallend große Staubspur deutlich von den anderen elliptischen Galaxien ab. Während selbst leistungsstarke Teleskope elliptische Galaxien in der Regel nur als kugelförmiges Gebilde auflösen und abbilden, erstreckt sich über das Antlitz von NGC 4696 eine bei elliptischen Galaxien bis dahin noch nicht observierte und lokalisierte Struktur: ein 30.000 Lichtjahre langes faszinierendes faserartiges Band. Es besteht aus Gas und Staub und dürfte das Produkt einer galaktischen Kollision sein, die sich vor einigen hundert Millionen Jahren ereignete, als der Vorläufer von NGC 4696 eine masseärmere, staubreiche Welteninsel mitsamt deren Sternen und Gas- sowie Staubmassen verschluckte.

Hubble-Aufnahme der elliptischen Galaxie NGC 4696. Bild: ESA/Hubble/NASA

Im Licht des ionisierten Wasserstoffs, der rötlichen H-alpha-Strahlung, zeigen sich bei NGC 4696 feine dünne Filamente, welche die Galaxie durchziehen. Ihr Vorhandensein könnte daher rühren, dass sich der vom zentralen Schwarzen Loch ausgehende Jet seinen Weg durch das umgebende Staub und Gas gebahnt und dabei diese Staubfäden zurückgelassen hat. Eine andere Erklärung für das Vorhandensein dieser Staubfasern könnte sein, dass diese einfach Überbleibsel einer kleineren Galaxie sind, die in der Vergangenheit mit NGC 4696 verschmolzen ist.

Das von der NASA und ESA veröffentlichte Hubble-Bild ist eine Falschfarben-Komposition, die aus mehreren miteinander kombinierten Astro-Fotos besteht. Im optischen Licht wurde die Galaxie mit einem blauen Filter 5440 Sekunden belichtet (bei 435 Nanometer), und im Infrarotlicht (bei 814 Nanometer) 2320 Sekunden.

Supermassives Schwarzes Loch in Aktion

Infolge des Blickwinkels auf die Galaxie blieb den Forschern im optischen Licht und im nahen Infrarot Einblick in das chaotische Innenleben verwehrt. Geriert sich NGC 4696 auf diesen Wellenlängen noch als ruhiger galaktischer Vertreter seiner Art, so zeigt das Sternsystem sein wahres Gesicht im Röntgenlicht.

Als der NASA-Röntgensatellit Chandra die elliptische Galaxie 2006 ins Visier nahm, lokalisierte das Teleskop im Zentrum der Galaxie ein supermassives Schwarzes Loch, das Jets von Materie mit annähernd Lichtgeschwindigkeit ausspuckte. Die Materieströme erstrecken sich über zehntausende von Lichtjahren und emittieren im Radiowellenbereich.

Auf diesem kombinierten Infrarot-, Röntgen- und Radiobild der Galaxie NGC 4696 erscheint das heiße Gas in rot. Es umgibt den hochenergetischen inneren Bereich (blau). Im Zentrum des Ganzen thront das Schwarze Loch (weiß). Bild: NASA/CXC/KIPAC/S.Allen et al; Radio: NRAO/VLA/G.Taylor; Infrared: NASA/ESA/McMaster Univ./W.Harris)

In der Nähe des Ereignishorizontes, jenem Bereich, aus dem weder Materie noch Strahlung dem Schwarzen Loch entkommen können, wird die Energie eines Teils dieses Gases freigesetzt und in Form von extrem energiereichen Teilchenstrahlen ins Universum geschleudert. Diese schießen von den Polen der Schwarzen Löcher aus ins All. Wie schnell die hochenergetischen Partikel dabei werden, erkennen Forscher an der Ausdehnung der Blasen, welche die Jets in umgebenden Gaswolken aufblähen. Mit sage und schreibe 95 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bewegt sich die Materie in diesen Jets.

Video-Zoom: Hubbles Reise nach NGC 4696 – 150 Millionen Jahre zurück in die Vergangenheit

http://www.heise.de/tp/artikel/33/33132/1.html