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Samstag, 21.10.2017
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Kannibalismus in Nachbargalaxien nachgewiesen

Forscher untersuchen uralte Sternströme

Astrophysiker untersuchen zurzeit uralte Sternströme als Zeugen der Galaxienentstehung und -entwicklung in unseren nächsten zwei großen Nachbargalaxien M31 und M33. Dabei haben sie dort Überreste von „gefressenen“ Zwerggalaxien entdeckt.
Gezeitenströme

Gezeitenströme

Galaxien sind die Bausteine des Universums, bestehen jedoch nur zu einem kleinen Teil aus normaler Materie wie Sternen und Gas. Ihr Hauptbestandteil ist "Kalte Dunkle Materie", deren Präsenz nur durch ihre gravitative Anziehung festgestellt werden kann. Seit ihrer Entdeckung streben Astronomen danach, ein Modell der Dunklen Materie zu entwickeln, welches sowohl die großräumige Verteilung der Galaxien im Universum als auch die Eigenschaften der einzelnen Galaxien erklären kann. Anhand von Simulationen an modernen Supercomputern können Theoretiker die Entwicklung der Materieverteilung vom Urknall bis heute verfolgen (siehe Die größte N-Teilchen Simulation des Universums).

Dunkle Materie treibt Galaxienentwicklung an


Diese Simulationen zeigen, dass Galaxienentwicklung, die von Dunkler Kalter Materie angetrieben wird, von kleineren zu größeren Strukturen passiert. Zuerst bilden sich kleine Zwerggalaxien, welche dann zu immer größeren Systemen verschmelzen. Dieses Szenario legt Galaxienentwicklung als kontinuierlichen Prozess nahe. Große Galaxien wie unsere Milchstraße müssten etwa hundert Zwerggalaxien "gefressen" haben, welche in ihr Gravitationsfeld geraten sind (dieser Prozess müsste immer noch stattfinden). Durch diesen Kannibalismus werden Sterne der kleinen Begleitgalaxien in lange Gezeitenströme gezogen, welche für mehrere Milliarden Jahre bestehen können und so einen lang sichtbaren Hinweis auf diesen Prozess geben.

Dieser Ablauf der Galaxienentstehung macht mehrere Vorhersagen, die mit Beobachtungen verglichen werden können. Insbesondere muss das Modell auf kleinen Skalen ("Galaxiengrößen") getestet werden, wo neben der Gravitation komplizierte astrophysikalische Prozesse wie Sternentstehung und Gasphysik eine wichtige Rolle spielen. Die ausführlichste Information über die Entstehungsgeschichte einer Galaxie kann über ihre Sterne gewonnen werden, indem deren räumliche Verteilung, ihr Alter, Metallizitäten und Geschwindigkeiten bestimmt werden.


Alte Sterne sind in dieser Hinsicht besonders interessant, da sie die Zustände bei ihrer Geburt vor mehr als fünf Milliarden Jahren reflektieren, einem frühen Stadium der Galaxienentwicklung. Untersuchungen dieser "Fossilien" wurden traditionell hauptsächlich innerhalb der Milchstraße durchgeführt, da es hier am einfachsten ist, Sterne individuell zu studieren. Mit neuen Teleskopen und Instrumenten ist es jedoch inzwischen möglich, diese Methoden auf andere, nahe, Galaxien anzuwenden. Dadurch kann festgestellt werden, wie repräsentativ die Milchstraße ist und wie der Entstehungsprozess von Galaxienmasse, Morphologie und Umgebung abhängt.

Nachbargalaxien M31 und M33 unter der „Lupe“


Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astrophysik nehmen an einem internationalen Projekt teil, welches die alten Sternströme als Zeugen der Galaxienentstehung und -entwicklung in unseren nächsten zwei großen Nachbargalaxien, M31 und M33, untersucht. Jeweils etwas 800 kiloparsec (2.5 Millionen Lichtjahre) von uns entfernt, sind diese Galaxien nah genug, um ihre Sterne mit bodengebundenen Teleskopen wie dem Isaac Newton Teleskop auf La Palma aufzulösen.

Die Wissenschaftler führen Großfeldstudien von Roten Riesensternen in den äußeren Regionen dieser Galaxien durch und finden überraschende Resultate. Wie die Wissenschaftler ermittelten, ist die Verteilung der Sterne in den äußeren Regionen von M31 deutlich inhomogen ist. Ein ausgeprägter Sternstrom dehnt sich nach Südosten aus; er scheint etwa 100 kpc hinter M31 anzufangen. Ebenso gibt es einen Ring aus Sternen, welcher seinen Ursprung scheinbar in der Zwergbegleitgalaxie NGC205 hat, sowie weitere Sternanhäufungen.

Hubble im Einsatz


Mit der Advanced Camera for Surveys an Bord des Hubble Space Telescope wurden detaillierte Nachbeobachtungen dieser Strukturen aufgenommen, welche klare Unterschiede in Alter und Metallizität der Sterne zeigt. All diese Beobachtungen weisen darauf hin, dass sich in den Außenregion von M31 Überreste einer, möglicherweise zweier, kannibalisierter Zwerggalaxien befinden. Andererseits zeigt eine identische Untersuchung der masseärmeren Galaxie M33 nach Angaben der Wissenschaftler eine sehr glatte Sternverteilung sowie keinerlei Anzeichen von Substrukturen. Entgegen einfachen Annahmen scheint M33 ein System zu sein, welches für lange Zeit wenig Zuwachs an (leuchtender) Materie hatte.

Das Verständnis des Ursprungs der Unterschiede zwischen M31 und M33, sowie die Feststellung, welche der beiden typischer ist, bedürfen sowohl weiterer Beobachtungen als auch verfeinerten theoretischen Vorhersagen. Den MPA Wissenschaftlern wurde dafür bereits Beobachtungszeit am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte und dem japanischen Subaru Teleskop zugewiesen um diese Studien auf weitere benachbarte Galaxien auszuweiten.
(MPG, 17.01.2005 - DLO)
 
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