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Astronomie+Physik

„Abgas“ von Galaxien analysiert

Galaxie
Blick von der Seite auf eine Galaxie (weiß) und das von ihr ausgestoßene Gas (orange). (Bild: James Josephides/ Swinburne Astronomical Productions)

Gas ist der Rohstoff, aus dem Sterne entstehen und der Galaxien mit Nachschub versorgt. Doch auch die Galaxien geben gewaltige Gaswolken ab – Material, das unter anderem von Supernovae ausgeschleudert wird. Astronomen haben jetzt erstmals nachgewiesen, dass dieses „Abgas“ tatsächlich deutlich „schmutziger“ ist als der Einstrom: Während Letzterer primär aus Wasserstoff und Helium besteht, wiesen die Forscher im Ausstrom einer 500 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie zahlreiche schwere Elemente darunter Sauerstoff, Eisen und Kohlenstoff nach.

Galaxien sind die Sternenfabriken des Kosmos, in ihnen wachsen in Sternbildungsregionen unzählige neue Sterne heran. Doch dafür benötigen die Sternenwiegen ständig neuen Nachschub an Wasserstoff und Helium – den Elementen, aus denen Sterne primär bestehen. Erst durch die Kernfusion in ihrem Inneren bilden sich dann weitere, schwerere Elemente. Für Galaxien bedeutet dies, dass ihre Sternbildung nur so lange anhalten kann, wie sie frisches Gas zur Verfügung haben oder an sich ziehen können. „Dafür werden enorme Gaswolken in die Galaxien hineingesogen“, erklärt Co-Erstautorin Deanne Fisher von der Swinburne University in Australien.

Ein „Frisbee“ mit Gaswolken

Dieser Einstrom von Gas in eine Galaxie – auch als Akkretion bezeichnet – ist jedoch keine Einbahnstraße: Eine aktiv Sterne bildende Galaxie stößt auch Gase aus. Die Balance von Akkretion und Ausstrom ist ein wichtiger Einflussfaktor für das Wachstum, die Masse und Größe einer Galaxie. Doch ob und wie sich die Zusammensetzung der ein- und ausströmenden Gase bei einer Galaxie unterschieden, konnten Astronomen bislang nur vermuten. Denn die meisten Galaxien liegen so ungünstig in unserer Sichtachse, dass ihre Gasströme nur in Teilen klar unterscheidbar sind und mit spektralen Analysen untersucht werden können.

Eine erste Chance, die „Abgasfahne“ einer Galaxie näher zu untersuchen hat dem Forschungsteam nun die Galaxie Mrk 1486 geboten, eine rund 500 Millionen Lichtjahre von der Sonne entfernte Sternansammlung, die gerade eine Periode sehr schneller Sternbildung durchlebt. Anders als die meisten anderen Galaxien kehrt Mrk 1486 uns ihre Schmalseite zu. Das ermöglichte es den Astronomen, die Ein- und Ausströme deutlich zu erkennen. „Stellen Sie sich die Galaxie als eine rotierende Frisbee-Scheibe vor“, erklärt Co-Erstautor Alex Cameron von der University of Oxford. „Das einströmende Gas tritt seitlich am Rand der Scheibe in die Galaxie ein und kondensiert, um neue Sterne zu bilden. Wenn dann diese Sterne wieder explodieren, schleudern sie neue Gase oben und unten aus der Galaxie hinaus.“

Ausströmendes Gas ist reich an schwereren Elementen

Diese senkrecht zur Hauptebene der Galaxie austretenden Gase konnten die Astronomen bei Mrk 1486 erstmals genau beobachten und ihre Elementzusammensetzung mithilfe eines Instruments an den Teleskopen des Keck-Observatoriums auf Hawaii bestimmen. „Indem wir den sogenannten Keck Cosmic Web Imager einsetzten, konnten wir bestätigen, dass das einströmende Gas aus Wasserstoff und Helium besteht“, sagt Fisher. „Außerdem konnten wir beobachten, dass die Sterne, die aus diesem frischen Gas entstehen, später enorme Mengen an Material aus dem System wieder herausschleudern – vor allem durch Supernovae.“ Dieses ausgeschleuderte Material tritt bei Mrk 1486 klar erkennbar nach oben und unten aus und besteht aus einer Mischung zahlreicher schwererer Elemente, darunter Sauerstoff, Kohlenstoff und Eisen. Das Team konnte die spektralen Signaturen des halben Periodensystems in diesem Gas nachweisen.

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Damit ist es den Astronomen erstmals gelungen, den Abgasstrom einer Galaxie näher zu untersuchen. „Dies ist wichtig für die Astronomie, weil wir damit auch die Kräfte und Einflussfaktoren begrenzen können, die beeinflussen, wie Galaxien ihre Sterne produzieren“, erklärt Fisher. „Es bringt uns einen Schritt näher daran zu verstehen, wie und warum Galaxien so aussehen wie sie es tun – und wie lange sie erhalten bleiben.“

Quelle: Deanne Fisher (Swinburne University, Australia) et al., The Astrophysical Journal, doi: 10.3847/2041-8213/ac18ca

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