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Vom Galaxienwind verweht


Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 3/2019 vom 15.02.2019

Mehr als 100Wasserstoffwolken strömen mit hoher Geschwindigkeit vom Zentrum unserer Galaxis weg. Sie erklären womöglich die Fermi-Blasen – gigantische Strukturen aus heißem Gas ober- und unterhalb der galaktischen Ebene.


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Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 3/2019

Von der Zentralregion unseres Milchstraßensystems entfernen sich mehr als 100 Wasserstoffwolken, die in dieser künstlerischen Darstellung nicht rot, sondern der besseren Erkennbarkeit wegen grünlich eingefärbt sind.


Green Bank Observatory / Serge Brunier (Photo) / Design und Illustration: Paul Vosteen (-swarm-hydrogen-clouds-center-galaxy.html)

Im Vergleich zu anderen Galaxien geht es ...

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... in unserem Milchstraßensystem verhältnismäßig ruhig zu. Das zentrale Schwarze Loch unserer Heimatgalaxis mit immerhin vier Millionen Sonnenmassen verhält sich zahm. Ausbrüche im Röntgen- oder Gammalicht sind zwar Signale für seinen von Zeit zu Zeit gesteigerten Appetit auf interstellare Materie. Doch einen aktiven Galaxienkern (englisch: active galactic nucleus, AGN), wie man ihn bei fernen Galaxien beobachtet, besitzt die Milchstraße nicht. Auch die weitere Umgebung des galaktischen Zentrums ist verhältnismäßig friedlich – weder entstehen noch explodieren hier übermäßig viele Sterne.

Das war nicht immer so: Im Jahr 2010 fanden amerikanische Astronomen mit dem Weltraumteleskop Fermi Hinweise auf eine ungemütlichere Vergangenheit unserer Galaxie. Betrachtet man die Umgebung des Milchstraßenzentrums im Gammalicht, so zeichnen sich zwei gegenläufige Blasen ab, die fast 30 000 Lichtjahre über und unter die galaktische Ebene ragen. Wie genau diese Fermi-Blasen entstanden sind, ist noch nicht abschließend geklärt.

■ Nicht wenige Forscher vermuten, dass sie das Überbleibsel einer AGN-Phase der Galaxis sind, also einer Zeitspanne mit aktivem zentralen Schwarzen Loch. Sie stammen damit also aus einer Zeit, in der das Loch wesentlich mehr Materie verschlang als heute.
■ Nach anderen Theorien sind sie entweder das Resultat einer Phase besonders intensiver Sternentstehung im inneren Bereich des Milchstraßensystems.
■ Oder es handelt sich um die Stoßfront einer heftigen Welle von Supernova-Explosionen?

Zwei blasenartige Strukturen ober- und unterhalb der galaktischen Ebene sind auf der Aufnahme mit dem Large Area Telescope (LAT) an Bord des Fermi Gamma-ray Space Telescope zu erkennen. Die galaktische Ebene ist ausgeblendet; sie verläuft entlang des gleichförmig blauen Rechtecks. Die Aufnahme entstand bei Gammaphotonenenergien oberhalb von 6,4 Gigaelektronvolt.


NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration, Anna Franckowiak, Dmitry Malyshev

Das sind drei sehr unterschiedliche Szenarien, die jeweils die gleiche Auswirkung haben: einen intensiven, vom Zentralbereich der Galaxis fort gerichteten Materiewind. Welche der drei Erklärungen stimmt, verrät vielleicht die Kinematik der Blasen, also die genaue Bewegung der Materie darin. Allerdings ist das heiße kosmische Gas so dünn verteilt, dass es nicht gelang, aus seiner Gammastrahlung Windrichtung und Windstärke hinreichend genau zu bestimmen.

Mit dem Green-Bank-Radioteleskop in den USA machten Enrico Di Teodoro vom Australian National Observatory und ein Team von Astronomen einen neuen Versuch, die innere Struktur der Materiewolken genauer zu erfassen. Statt Gammastrahlung misst ihr Teleskop die 21-Zentimeter-Radiostrahlung des neutralen Wasserstoffs. Die Wasserstoffteilchen dienen dabei als Testpartikel, mit denen sich auf die Bewegung des heißen, aber schwer zu beobachtenden Winds schließen lässt – etwa so, wie durch eine Handvoll in die Luft geworfenen Staubs die Windbewegung der Luft auf der Erde sichtbar wird.

Wolken atomaren Wasserstoffs

Tatsächlich fanden die Forscher insgesamt 106 e inzelne W olken aus atomarem Wasserstoff (siehe Bild S. 24). Mit Größen zwischen mehreren Dutzend bis zu mehr als 100 Lichtjahren betragen ihre Massen zwischen zehn und einigen 10 000 Sonnenmassen. W ie d ie M essungen zeigen, bewegen sich diese Wolken mit bis zu 400 Kilometer pro Sekunde vom zentralen Bereich der Galaxis weg. Keine von ihnen scheint an der galaktischen Rotation teilzunehmen. Aus der Ebene des Milchstraßensystems ragen die Wolken bis zu 6500 Lichtjahre hinaus. Di Teodoro und seine Kollegen veröffentlichten ihr Resultat Anfang März 2018 in der Z eitschrift »The Astrophysical Journal«.

Die Entdeckung ist nicht ganz neu: Ein Team um Naomi McClure-Griffiths von der Australian National University fanden einige der Wolken bereits im Jahr 2013 mit einem Radioteleskop in Australien. Die damalige Beobachtung beschränkte sich allerdings auf wenige Grad um das galaktische Zentrum herum. Die neue Analyse von Di Teodoro und seinen Mitarbeitern, zu denen auch McClure-Griffiths zählt, erweitert den untersuchten Bereich auf bis zu zehn Grad galaktischer Breite Nord wie Süd. Offenbar ist das immer noch nicht genug, um die wahre Ausdehnung der Wolkenpopulation zu erfassen, denn die Wolken der Durchmusterung befinden sich bei allen untersuchten galaktischen Breiten.

»Gaswolken in der Milchstraße bewegen sich normalerweise eher regelmäßig und folgen der galaktischen Rotation, « sagt Felix Lockman vom Green Bank Observatory und Mitautor der Studie. »In den Fermi-Blasen sehen wir hingegen Wolken gleich nebeneinander am Himmel, deren Geschwindigkeiten sich um bis zu 400 Kilometer pro Sekunde unterscheiden.« Die wahrscheinlichste Erklärung dafür lautet: Die Wolken entfernen sich – geradeso wie die Fermi-Blasen – innerhalb von zwei entgegen gerichteten Kegeln ober- und unterhalb der galaktischen Ebene vom Zentrum der Galaxis weg. Aus Sicht der Erde nähert sich also ein Teil von ihnen, während sich andere entfernen.

Für die drei Szenarien der Entstehung des galaktischen Winds und der Fermi- Blasen haben die Forscher einen klaren Favoriten: Die Wasserstoffwolken sind der Analyse zufolge der Überrest desjenigen dichten Gases, das während einer Phase intensiver Sternentstehung in den inneren 300 Lichtjahren unserer Galaxie vor mehr als acht Millionen Jahren fortgeblasen wurde. Allerdings ist das von den Astronomen verwendete theoretische Modell recht einfach aufgebaut. Es geht insbesondere von einem konstanten Materiefluss aus, was in der Realität sicher nicht der Fall war. Auch, warum die Wolken nach etlichen Millionen Jahren noch stabil sind und warum sie über den untersuchten Raumbereich keinerlei Veränderungen zeigen, sind Fragen, die noch einer Erklärung bedürfen.

JAN HATTENBACH ist Physiker und Amateurastronom. In seinem Blog »Himmelslichter«, zu finden unterwww.himmelslichter.net , schreibt er über alles, was am Himmel passiert.

Literaturhinweise
Bührke, T.: Rätselhafte Vergangenheit des galaktischen Zentrums. In: Sterne und Weltraum 1/2011, S. 26–27.
Crocker, R.: Ein neuer Blick auf die Fermi-Blasen. In: Sterne und Weltraum 5/2013, S. 28–29.
Di Teodoro, E. M.et al.: Blowing in the Milky Way Wind: Neutral Hydrogen Clouds Tracing the Galactic Nuclear Outflow. Astrophysical Journal 855, 33, 2018

Didaktische Materialien:
www.wissenschaft-schulen.de/artikel/1051497