Gigantische DNA-Struktur im Herzen der Milchstraße

US-Astronomen entdecken im Kern der Galaxis "Doppelhelix-Nebel", der dem stärksten Magnetfeld der Milchstraße folgt

Im Innern der Milchstraße tummeln sich seltsame (Un-)Gestalten. Die bislang bekannteste davon ist das riesige Schwarze Loch Sagittarius A* (SgrA*), das in fernster Zukunft einen Großteil der Galaxis verschlingen wird. Dass in dieser Region auch noch andere bizarre Gebilde ihr Dasein fristen, konnten unlängst US-Astronomen mit dem NASA-Infrarotobservatorium Spitzer beobachten. Sie entdeckten ein relativ starkes Magnetfeld, dem ein Nebel folgt, der morphologisch einer Struktur gleicht, die (obgleich in dieser Ecke der Milchstraße irdisches Leben keinerlei Überlebenschance hätte) heute gemeinhin als Symbol für biologisches Leben gilt.

Für einen irdischen Raumfahrer wäre eine Exkursion in das Herz unserer Milchstraße kein Vergnügen. Hier, 26.000 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt, hätte jedwede biologische Lebensform aufgrund der hiesigen extrem hohen Gamma- und Röntgenstrahlung und enormen Gravitation einen höchst schweren Stand.

Zuzuschreiben ist dies einerseits dem dort ansässigen supermassiven Schwarzen Loch Sagittarius A* (SgrA*), das – ausgestattet mit mindestens 2,6 Millionen bis maximal 4 Millionen Sonnenmassen – in der unmittelbaren Umgebung von Sagittarius A (Sternbild Schütze) sein Unwesen treibt.

Astrofoto des galaktischen Zentrums mitsamt des Schwarzen Lochs SgrA*. Der Schnappschuss gelang dem NASA-Weltraumteleskop Chandra, das sich dem Röntgenbereich des elektromagnetischen Spektrums widmet. (Bild: NASA/CXC/MIT/F.K. Baganoff et al.)

Dass es in diesem Teil der Milchstraße „heiß“ hergeht und eine regelrechte Überflutung von Strahlung, die in gewisser Weise die gesamte Region "sterilisiert", den dort nicht allzu alltäglichen All-Tag prägt, hat andererseits auch „stellare“ Gründe. Denn nahe des galaktischen Zentrums befindet sich zugleich ein höchst aktiver kosmischer Kreißsaal bzw. eine Sternentstehungsregion, in der sich neuesten astronomischen Kenntnissen zufolge alle 20 Millionen Jahr heftige Sternentstehungsphasen ereignen, die mit teils gewaltigen Supernova-Explosionen einhergehen.

Über die Tatsache, dass in unmittelbarer Nähe zum galaktischen Zentrum auch andere kuriose Dinge geschehen und bizarr wirkende Strukturen aus Gas und Staub heimisch geworden sind, berichten jetzt drei US-Astronomen in der aktuellen "Nature"-Ausgabe (16. März 2006, Ausgabe 440, Nr. 7082, S. 308-310). Dank der sensiblen Infrarotaugen des NASA-Weltraumteleskops Spitzer fanden sie in der Nähe des galaktischen Zentrums einen kosmischen Nebel, dessen Form und Struktur beim ersten Hinschauen sehr an die schraubenartig aufgebaute Doppelhelix der DNA erinnert.

Spitzer-Infrarot-Falschfarbenaufnahme vom Doppel-Helix-Nebel (Bild: M. Morris, UCLA)

Für Mark Morris und Tuan Do von der University of California (Los Angeles/USA) und Keven Uchida vom „Center for Radiophysics and Space Research“ (CRSR) der Cornell University (New York/USA) war es ein Zufallsfund. Ursprünglich untersuchten sie mit der Spitzer-Kamera „Multiband Imaging Photometer“ (MIPS die magnetischen Felder in der Nähe des galaktischen Zentrums, sprich in der unmittelbaren Umgebung von Sagitarrius A*, dem größten Schwarzen Loch in der Milchstraße.

„Eine Beschreibung des im Innern der Galaxis wirkenden magnetischen Feldes ist deshalb wichtig, weil dieses auf molekulare Wolken eine Zugkraft ausüben und so deren Umlaufbahnen beeinflussen kann – sowie die Entstehung von Sternen verhindern und sogar einen Wind von heißen Gasen oder kosmischer Strahlung aus dem Zentrum der Milchstraße lenken kann“, erklären die Forscher in ihrem zweieinhalbseitigen „Nature“-Beitrag. Bei ihren Beobachtungen kristallisierte sich heraus, dass das Magnetfeld um SgrA* eine dipolare geometrische Struktur hat und das im freien Raum mit Abstand stärkste seiner Art in der Milchstraße ist.

Der eigentliche Clou an der Entdeckung ist aber, dass auf den magnetischen Feldlinien ein Gas- und Staubnebel „reitet“, dessen ungewöhnliche Form indirekt von besagtem Magnetfeld geprägt wird. Da das Gebilde morphologisch stark an eine spiralartig geformte Doppelhelix einer DNA erinnert, gaben ihm Mark Morris und seine Kollegen folgerichtig den Namen „Doppelhelix-Nebel“ (DHN). „Wir sehen zwei ineinander verflochtene Fäden, die sich wie ein DNA-Molekül gegenseitig umwickeln“, so Mark Morris, der Hauptautor der Studie, gegenüber Telepolis. „Bislang kennen wir im All keine auch nur annähernd ähnlich geformte Struktur.“

Infrarot-Astrofoto des galaktischen Zentrums. Es wurde im Jahr 2000 während der 2MASS und MSX-Observationen aufgenommen. (Bild: 2MASS Project, Umass, IPAC/Caltech, NSF, NASA)

Tatsächlich unterscheiden sich alle bisher lokalisierten Nebel im All von dem Doppelhelix-Gebilde durch ihre amorphe Struktur. Sie sind in der Regel formlos und weisen nicht den hohen Grad von Ordnung wie der Doppelhelix-Nebel auf. Woraus DHN chemisch genau besteht, ist zwar noch völlig unklar. Immerhin sind sich die Forscher sicher, dass der Staub in DHN relativ warm ist, „so ungefähr 27 Grad Celsius“, vermutet Morris. Was die Größe von DHN anbelangt, können die Astronomen ebenfalls nur schätzen. 80 Lichtjahre lang könnte das dunstige Objekt sein. In einer Distanz von „nur“ 300 Lichtjahren zum Schwarzen Loch Sagittarrius A* soll es am dynamischen Zentrum der Milchstraße entlang treiben – mit seiner Achse senkrecht zur galaktischen Ebene.

„Wir interpretieren den Doppelhelix-Nebel als magnetohydrodynamische Plasmawelle (Alfvén-Welle), die sich in der Nähe des Milchstraßenzentrums mehr oder weniger senkrecht auf galaktischen Ebene entlang der magnetischen Feldlinien bewegt“, erklärt Morris. Sie werde von der Rotation einer magnetisierten zirkumnuklearen Gasscheibe angetrieben, also von jener Scheibe aus Gas und Staub, die einmal in 10.000 Jahren um das supermassive Schwarze Loch im Kern der Milchstraße rotiert (siehe Bild NGC 7052). Die Geschwindigkeit der Alfvén-Welle (Plasmawelle) bzw. die des Doppelhelix-Nebels hingegen beläuft sich auf zirka 1000 Kilometer pro Sekunde. „Wir haben diesen Wert nicht gemessen, sondern nur geschätzt“, gesteht Morris diesem Magazin.

Hier ein wunderschönes Hubble-Bild (1998) einer zirkumnuklearen Scheibe, die einen Durchmesser von 3700 Lichtjahren hat. Solche Gebilde bestehen aus Gas und Staub und rotieren um ein Schwarzes Loch – in diesem Fall handelt es sich um ein Schwarzes Loch in der Galaxie NGC 7052. (Bild: Roeland P. van der Marel (STScI), Frank C. van den Bosch (Univ. of Washington), NASA)

Das Aussehen des Doppelhelix-Nebels ist auf die verdrehten Magnetfeldlinien in dieser Region der Galaxis zurückzuführen. „Sie können sich die Linien dieses Magnetfeldes als straff gespanntes Gummiband vorstellen“, beschreibt Morris. „Wenn sie an einem Ende davon drehen und weiter drehen, verwickelt sich das ganze Band.“

Bis mindestens 2008 sollen Spitzers Infrarotaugen ins All starren. (Bild: Credit: NASA/JPL-Caltech)

Zwar sei die Stärke des innergalaktischen Magnetfeldes mit einem Milligauss (mG) auf dem ersten Blick sehr gering und wäre – allein gemessen an diesem Wert – sogar 1000-mal schwächer als die der Sonne. Aber in Wirklichkeit hat das Magnetfeld im Innern der Milchstraße ein derart großes Volumen, dass es sogar im den Faktor 1000 größer und stärker ist, als das Magnetfeld in den Außenbezirken der Galaxis, was „ungefähr 1000 Supernovae entspräche“, verdeutlicht Morris.

Noch sei der direkte Zusammenhang zwischen dem Magnetfeld, der zirkumnuklearen Scheibe und dem Doppelhelix-Nebel noch höchst verschwommen, gestehen die Forscher im „Nature“, aber immerhin gäben die Bilder zu weiteren Untersuchungen Anlass. Sicher hingegen sei, dass Sagittarius A* allenfalls einen indirekten Einfluss auf DHN und das Magnetfeld habe. „Da die Schwerkraft von SgrA* die Rotation der zirkumnuklearen Scheibe bedingt, wird der Doppelhelix-Nebel, so unsere Vermutung, von der rotierenden Scheibe mitgerissen.“

Spitzer-Infrarotaufnahme vom Doppel-Helix-Nebel („negative image“) (Infrared image of the Double Helix Nebula - negative image) (Bild: M. Morris, UCLA)

Nach Ansicht von Mark Morris ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass sich unter bestimmten Voraussetzungen auch in anderen Galaxien starke Magnetfelder und Strukturen wie der Doppelhelix-Nebel heranbildet haben:

Ich schätze mal, dass gasreiche Spiralgalaxien häufig dieselben erforderlichen Elemente mitbringen: ein zentrales supermassives Schwarzes Loch, eine verhältnismäßig massive Gasscheibe, die das Schwarze Loch umkreist und ein starkes Magnetfeld in der Kernregion. Mittels solcher Elemente vor Ort sollte eine Drehwelle leicht zu generieren sein – und sich in Gestalt einer Doppelhelix zu erkennen geben.

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