Extragalaktische Anomalie

10.08.2014

Astronomen analysieren Halo der elliptischen Radiogalaxie Centaurus A und fördern dabei Überraschendes zutage

Zu ihrem Erstaunen und entgegen dem gängigen Modell fand ein internationales Astronomenteam mit dem Weltraumteleskop Hubble am äußersten Rand der aktiven Radiogalaxie Centaurus A Sterne mit einem hohen Anteil schwerer Elemente, von denen die meisten nur in eine Richtung verteilt waren. Der Halo erstreckt sich ungewöhnlich tief ins All. Der Grund für diese Anomalie könnte mit einem Galaxien-Crash zusammen hängen, der sich vor kosmo-archaischer Zeit zugetragen hat und bei dem Sterne aus der Scheibe der Spiralgalaxie in den äußeren Halo von Centaurus A katapultiert wurden.

Bild: ESA/Hubble, NASA, Digitized Sky Survey, MPG/ESO

Die Vorstellung, dass baryonische Materie, worauf letztlich auch alles irdische und wohl auch außerirdisches Leben fußt, im Kosmos ein höchst seltenes Phänomen und rar gesät ist, fällt angesichts der farbenprächtigen Bilder, die wir von Galaxien, Sternhaufen und anderen astronomischen Himmelskörpern kennen, verständlicherweise schwer.

Blasenartige Superhaufen

Aber in dem direkt beobachtbaren Bereich des unbegrenzten Universums, der Metagalaxis, bestimmt samtene Schwärze eindeutig das Geschehen und prägt das Bild. Auf 10 Kubikmeter Raum kommen gerade einmal etwa 1 bis 6 Nukleonen, sprich Protonen oder Neutronen. Kein Wunder demnach, dass nur vereinzelt kosmische Materie in Form von Staub- und Gaswolken aufleuchtet und nur selten in Gestalt von Galaxien, Sternhaufen, Sternen und Planeten auf sich aufmerksam macht.

Centaurus A im Röntgenlicht. Aufnahme vom Chandra-Weltraumteleskop. Veröffentlicht am 6. Februar 2014. Bild: X-ray: NASA/CXC/U.Birmingham/M.Burke et al.

Dabei sind Galaxien als größte Ansammlungen von Materie im Universum keineswegs homogen verteilt. Mal driften sie in Gruppen, mal in Galaxienhaufen durchs All, die sich miteinander zu Superhaufen anordnen. Hierbei formieren sich Galaxienhaufen und scheinbar galaxienfreie Leerräume interessanterweise zu Strukturen, die auf einer Skala von mehr als 100 Millionen Lichtjahren eine blasenartige Struktur aufweisen. So gehört unsere Milchstraße der Lokalen Gruppe an, zu der neben den Magellanischen Wolken und dem Andromedanebel noch ungefähr 35 weitere Galaxien zählen, vor allem Zwerggalaxien. Die Lokale Gruppe selbst wiederum ist ein Teil des Virgo-Superhaufens, der den Virgo-Haufen und weitere Galaxiengruppen umfasst.

Elliptische Außenseiter

In einem Radius von ungefähr 30 Millionen Lichtjahren um unsere Galaxis driften 53 Prozent irreguläre Galaxien und Zwerggalaxien, 34 Prozent Spiralgalaxien und 13 Prozent elliptische Galaxien. Letztere gehören zu den ältesten Sternpopulationen im Universum. In ihnen vegetieren größtenteils alte Sterne, die einstmals das letzte interstellare Gas aufgebraucht haben und von denen viele kurz davor stehen, ihr Leben auszuhauchen. Neue Sterne finden in diesen Materieoasen selten eine Wiege. Signifikant für derlei elliptische Eigenbrötler ist, dass sie von diffusen stellaren Halos und einer hohen Zahl von Kugelsternhaufen umgeben sind.

Sterne im Halo von Centaurus A, aufgenommen vom Hubble-Teleskop. Bild: ESA/Hubble, NASA

Ein sonderbarer Sonderling unter den galaktischen Exoten ist Centaurus A (NGC 5128). Die in dem gleichnamigen Sternbild gelegene elliptische Galaxie ist die zweithellste außerhalb der Lokalen Gruppe und mit einer Entfernung von 12 Millionen Lichtjahren die nächstgelegene Radiogalaxie zur Erde. Ins Auge fällt das bizarr geformte Staubband, das sich durch die Welteninsel streckt und der Jet, der aus dem Kern der aktiven Galaxie schießt. Centaurus A emittiert starke Röntgen- und Gammastrahlung und beherbergt in seinem Zentrum ein supermassives hochaktives Schwarzes Loch, das die Masse von 200 Millionen Sonnen aufweist.

Ferner Halo im Visier

Aufgrund seiner relativen Nähe zur Erde zählt die bereits 1826 entdeckte Riesengalaxie zu den bis auf den heutigen Tag besterforschten Radiogalaxien überhaupt. Und trotzdem unternahm ein internationales Astronomenteam unlängst einen erneuten Versuch, der ungewöhnlichen Materieoase weitere Geheimnisse zu entlocken.

Dieses Mal richtete sich die Aufmerksamkeit der Forscher auf den ausgedehnten Halo von Centaurus A. Nach einer intensiven Observation mit dem NASA-ESA-Weltraumteleskop Hubble stellten sie zu ihrer Überraschung fest, dass der Halo von NGC 5128 weitaus tiefer ins All reicht als erwartet. Doch damit nicht genug. Eine weitere Beobachtung versetzte sie desgleichen ins Staunen, existieren doch in dieser Radiogalaxie offenbar Sterne, in denen außergewöhnlich viele schwerere Elemente als Wasserstoff und Helium generiert wurden.

Hubble - seit 1990 im All, aber immer noch für Überraschungen gut Bild: NASA/ESA

Bei einer Galaxie ist der Halo (griechisch: Lichthof) ein kugelförmiger Bereich, der sich etwas größer als die Galaxie selbst gestaltet und in dessen Zentrum die Galaxie eingebettet ist. Er gilt als eine wichtige Komponente von Galaxien, lassen sich doch mit ihm theoretisch Hinweise auf die Entstehung und Entwicklung der Weltenoasen finden. Gleichwohl konnten Astronomen bisher nur wenige Halos anderer Galaxien analysieren - und dies bestenfalls partiell. Denn Halos anderer Galaxien konnten bisher nur unter großen Anstrengungen durchmustert werden, weil es kaum realisierbar ist, einzelne Sterne in einer sehr großen Region rund um die sichtbare Galaxie zu lokalisieren.

Überraschend viele Sterne im Halo

Dieses Mal jedoch war es anders - dank Hubbles Instrumentarium; hervorzuheben ist hier die Advanced Camera for Surveys (ACS) und die Wide Field Camera 3 (WFC3). Dieses Mal konnten die NASA-ESA-Wissenschaftler den Halo von Centaurus A genauer untersuchen als jemals zuvor. Und das Ergebnis hat alle überrascht, wie Marina Rejkuba von der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Garching bei München bestätigt. Sie ist die federführende Autorin des Papers, das heute im Astrophysical Journal als Print-Version erscheint und dessen Abstract bereits zuvor abrufbar war.

Durch das intensive Beobachten eines galaktischen Halos haben wir überraschende Einblicke in die Entstehung, Entwicklung und Zusammensetzung einer Galaxie gewonnen. Wir fanden mehr Sterne in einer Richtung verteilt als in die andere, wodurch der Halo eine schiefe Form bekommt - das hatten wir nicht erwartet.

Für ihre Studie observierten die Astronomen eine Region, die sich 25-mal weiter ins All erstreckt als der Radius der Galaxie. Der Durchmesser des beobachteten Bereichs betrug zirka 450.000 Lichtjahre, die Breite 295.000 Lichtjahre.

Der sichtbare Teil unserer Milchstraße hat einen Durchmesser von rund 120.000 Lichtjahren. Bild: ESA/ATG medialab; background: ESO/S. Brunier

Überraschend hoher Anteil schwerer Elemente

Während sich im Halo unserer Milchstraße vorwiegend Sterne mit einem geringen Anteil an schweren Elementen tummeln, hausen im Halo von Centaurus A selbst an den äußersten Randbezirken Sterne, die aus Elementen bestehen, die schwerer als Wasserstoff oder Helium sind. Hierzu die Co-Autorin der Studie, Laura Greggio, vom italienischen Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF):

Sogar in diesen extremen Entfernungen haben wir noch nicht den Rand des Halos von Centaurus A erreicht. Somit haben wir auch noch nicht die älteste Generation von Sternen aufspüren können. Diese alte Generation ist sehr wichtig. Denn ihre größten Sterne haben die chemischen Elemente erzeugt, die wir nunmehr in den meisten Sternen der Galaxie gefunden haben. Und wenngleich die großen Sterne schon lange erloschen sind, leben doch die kleineren Sterne dieser Generation weiter und können uns eine ganze Menge mehr verraten.

Fallbeispiel NGC 520. 100 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt treffen zwei Spiralgalaxien aufeinander und verschmelzen miteinander. Bei Centaurus A wird es vor sehr langer Zeit eventuell ähnlich ausgesehen haben. Bild: ESO

Galaxien-Crash

Dass in den stellaren Halos von Spiralgalaxien wie der unserer Milchstraße vorzugsweise metallarme Sterne zuhause sind, erklären die Astronomen damit, dass diese während ihrer Evolution zahlreiche kleinere Satellitengalaxien angezogen und verschluckt haben. Der aktuelle Fund bei Centaurus A hingegen, in dem zahlreiche Sterne mit einem hohen Anteil schwererer Elemente fernab des galaktischen Zentrums existieren, führen die Forscher auf einen Galaxien-Crash zurück, der sich in kosmischer Urzeit zugetragen hat. Damals stieß die Urgalaxie von Centauraus A mit einer anderen großen Spiralgalaxie zusammen. Beide verschmolzen mit und ineinander. Dabei wurden Sterne aus der Scheibe der Spiralgalaxie in den äußeren Halo von Centaurus A geschleudert. "Die Messung des Anteils von schwereren Elementen in einzelnen Sternen bei einer gigantischen elliptischen Galaxie wie Centaurus A ist ein einmaliger Aufgabenbereich von Hubble. Wir hätten dies mit keinem anderen Teleskop bewerkstelligen können und sicherlich nicht vom Boden aus", freut sich Rejkuba. "Solcherlei Observationen sind für das Verständnis von Galaxien im lokalen Universum von grundlegender Bedeutung."

NASA-Hubble-Video A tour of Centaurus A

Farbenprächtiges Bild von Centaurus A zum Runterladen

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