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Astronomie - MUSE enthüllt die wahre Geschichte hinter galaktischem Zusammenstoß

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Blick mit MUSE auf die gasleere Galaxie ESO 137-001

Das neue Instrument MUSE am Very Large Telescope (VLT) der ESO hat Forschern die bislang beste Aufnahme eines spektakulären kosmischen Zusammenstoßes geliefert. Die neuen Beobachtungen zeigen zum ersten Mal die Bewegung des Gases, während es aus der Galaxie ESO 137-001 herausgerissen wird und mit Höchstgeschwindigkeit in einen riesigen Galaxienhaufen stürzt. Die Ergebnisse sind der Schlüssel zur Lösung eines alten Rätsels – der Frage warum die Sternentstehung in Galaxienhaufen abgeschaltet wird.
Das Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Michele Fumagalli von der Extragalactic Astronomy Group und dem Institute for Computational Cosmology an der Universität Durham war mit unter den Ersten, die nach seiner Installation am VLT der ESO mit dem Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) gearbeitet haben. Die Beobachtung von ESO 137-001 – einer Spiralgalaxie in etwa 200 Millionen Lichtjahre Entfernung im Sternbild Triangulum Australe (das südliche Dreieck) – machte es ihnen möglich die bislang beste Aufnahme davon anzufertigen, was im Detail mit der Galaxie passiert, während sie in den Norma-Galaxienhaufen stürzt.
MUSE erstellt für die Astronomen nicht nur ein Bild, sondern stellt ein Spektrum für jedes Pixel in der Aufnahme bereit, in dem das Licht in seine Farben zerlegt wird. Mit Hilfe dieses Instruments sammeln Forscher jedes Mal wenn sie ein Himmelsobjekt beobachten um die 90.000 solcher Spektren und zeichnen somit unglaublich detaillierte Karten von der Bewegung und anderen Eigenschaften des beobachteten Objekts auf [1].
ESO 137-001 wird durch einen Prozess namens Ram Pressure Stripping, der einsetzt, wenn ein Objekt sich mit hoher Geschwindigkeit durch eine Flüssigkeit oder ein Gas bewegt, ihres Rohmaterials beraubt. Die Vorgänge dabei haben Ähnlichkeit damit, wie das Fell einer Hundes von der Luft nach hinten geblasen wird, wenn er seinen Kopf aus dem Fenster eines fahrenden Autos hält. Im Fall von ESO 137-001 ist das Material Teil einer riesigen Wolke dünnen, heißen Gases, das den Galaxienhaufen umgibt, in den die Galaxie mit einigen Millionen Kilometern pro Stunde hineinfällt [2].
Der Galaxie wird das meiste Gas entzogen – und damit der Treibstoff für die nächsten Generationen von jungen blauen Sternen. ESO 137-001 befindet sich dadurch mitten in der Übergangsphase von einer blauen gasreichen Galaxie zu einer gasarmen roten Galaxie. Wissenschaftler glauben, dass der beobachtete Prozess dabei helfen wird, ein altes wissenschaftliches Rätsel zu lösen.
„Es ist eine der wichtigsten Aufgaben der modernen Astronomie, herauszufinden wie und warum sich Galaxien in Galaxienhaufen in sehr kurzen Zeitperioden von blauen zu roten Galaxien verwandeln”, sagt Fumagalli. „Eine Galaxie gerade dann einzufangen, wenn sie von einem Stadium ins andere übergeht, erlaubt es uns zu untersuchen, wie das passiert.”
Dieses kosmische Schauspiel zu beobachten ist jedoch keine leichte Aufgabe. Der Norma-Galaxienhaufen befindet sich nahe der Scheibe unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, so dass er hinter beträchtlichen Mengen an galaktischem Gas und Staub verborgen ist.
Mit MUSE, das an einem der 8-Meter-Hauptteleskope des VLT am Paranal-Observatorium in Chile montiert ist, waren Wissenschaftler nun in der Lage, nicht nur das Gas in und um die Galaxie zu detektieren, sondern auch zu messen wie es sich bewegt. Das neue Instrument ist so effizient, dass eine einzige Stunde Beobachtungszeit genügt, um sowohl hochaufgelöste Bilder der Galaxie als auch Aufnahmen von der Verteilung und Bewegung des Gases zu erhalten.
Die Beobachtungen zeigen, dass die Außenbereiche von ESO 137-001 schon vollkommen frei von Gas sind. Dies ist eine Folge davon, dass das Gas des Galaxienhaufens – auf Millionen von Grad aufgeheizt – das kühlere Gas aus ESO 137-001 herausdrückt, während sie auf die Mitte des Galaxienhaufens zusteuert. Dies passiert zunächst in den Spiralarmen, wo Sterne und Materie dünner verteilt sind als in der Mitte und die Gravitationskraft einen vergleichsweise geringen Einfluss auf das Gas hat. Im Zentrum der Galaxie jedoch ist die gravitative Anziehung stark genug, um das kosmische Tauziehen länger auszuhalten und daher ist dort noch Gas zu beobachten.
Letzten Endes wird das ganze galaktische Gas in helle Streifen hinter ESO 137-001 gezogen – verräterische Überreste dieses dramatischen Raubzuges. Das Gas, das der Galaxie entrissen wird, vermischt sich mit dem heißen Gas des Galaxienhaufens und bildet atemberaubende Schweife, die sich über 200.000 Lichtjahre weit erstrecken. Das Wissenschaftlerteam hat diese Gasströme genauer untersucht, um die Turbulenzen besser verstehen zu können, die durch die Wechselwirkung entstehen.
Die neuen MUSE-Beobachtungen haben gezeigt, dass diese Gasfahne überraschenderweise weiterhin genau so wie die Galaxie rotiert, sogar nachdem sie in den Weltraum hinausgefegt wird. Außerdem waren Forscher in der Lage festzustellen, dass die Rotation der Sterne in ESO 137-001 sich nicht verändert. Dies belegt weiterhin, dass das Gas des Galaxienhaufens und nicht die Gravitationskraft dafür verantwortlich ist, dass der Galaxie Gas entzogen wird [3].
Matteo Fossati von der Universitäts-Sternwarte München  und vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, Koautor des Fachartikels, erläutert abschließend: „Mit Hilfe der Details, die MUSE enthüllt hat, sind wir näher daran die Prozesse vollständig zu verstehen, die in solchen Kollisionen am Werk sind. Wir sehen die Bewegungen der Galaxie und des Gases im Detail – etwas, das ohne das neue und einzigartige MUSE-Instrument nicht möglich wäre. Diese und zukünftige Beobachtungen werden dabei helfen eine bessere Idee von den treibenden Prozessen der Galaxienevolution zu entwickeln.”
Endnoten
[1] MUSE ist der erste große Integralfeldspektrograf, der je an einem 8-Meter-Teleskop angebracht wurde. Zum Vergleich: bisherige Untersuchungen von ESO 137-001 haben nicht mehr als 50 Spektren aufgenommen.
[2] Das NASA/ESA Hubble Space Telescope hat ein eindrucksvolles Bild von diesem Objekt erstellt – konnte jedoch im Gegensatz zu MUSE die Bewegungen des Materials nicht veranschaulichen.
[3] Wenn Gravitation eine Rolle in diesem Prozess spielen würde, hätten die Forscher erwartet Verzerrungen in der Galaxie zu sehen.
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Das neue Instrument MUSE am Very Large Telescope (VLT) der ESO hat Forschern die bislang beste Aufnahme eines spektakulären kosmischen Zusammenstoßes geliefert. Die neuen Beobachtungen enthüllen zum ersten Mal die Gasbewegung, während es aus der Galaxie ESO 137-001 herausgerissen wird und mit Hochgeschwindigkeit in einen riesigen Galaxiehaufen stürzt. Die Ergebnisse sind der Schlüssel zur Lösung eines alten Rätsels – die Frage warum die Sternentstehung in Galaxiehaufen abgeschaltet wird.
Diese Bild erscheint in den nahezu natürlichen Farben des Objektes, wobei die roten Stellen leuchtende Wolken aus Wasserstoffgas sind.
Der obere linke und der untere rechte Teil des Bildes wurden durch Hubble-Aufnahmen des Objektes ergänzt.
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Diese Aufsuchkarte zeigt die Position der fernen Galaxie ESO 137-001 im Sternbild Triangulum Australe (das düdliche Dreieck). Es handelt sich um einen sternreichen Bereich des Himmels nahe der Milchstraße, die Galaxie erscheint daher schwach und ist nur mit einem großen Teleskop sichtbar.
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Diese Weitwinkelaufnahme zeigt die Himmelsregion um die Galaxie ESO 137-001, die sich in der unteren rechten Ecke der Aufnahme befindet. Dieser Teil des Himmels befindet in der südlichen Milchstraße und eine große Anzahl von Sternen im Vordergrund zu sehen. Das Bild wurde mit Aufnahmen erstellt, die Teil des Digitized Sky Survey 2 sind.
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Hubble- und Chandra-Komposit von ESO 137-001
Dieses Bild kombiniert Beobachtungen des NASA/ESA Hubble Space Telescope mit Daten des Chandra Röntgen-Observatoriums. Neben den blau leuchtenden Streifen, die durch die Gasentleerung von der Galaxie ESO 137-001 ausgehen, ist ein gigantischer Gasstrom zu erkennen, der sich bis in den rechten unteren Rand der Aufnahme erstreckt und nur im Röntgenbereich zu sehen ist.
Quelle: ESO
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