Ferne Galaxie besteht aus einem Sternenring mit gigantischem Loch in der Mitte Astronomen entdecken "kosmischen Feuerring" - scinexx | Das Wissensmagazin
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Astronomen entdecken „kosmischen Feuerring“

Ferne Galaxie besteht aus einem Sternenring mit gigantischem Loch in der Mitte

R5519
Wie ein leuchtender Doughnut: So könnte die ferne Ringgalaxie R5519 aus der Nähe aussehen. © James Josephides/ Swinburne Astronomy Productions

Seltener Fund: Astronomen haben einen extrem raren Galaxientyp entdeckt – eine durch Kollision entstandene Ringgalaxie. Sie hat statt eines dichten Zentrums ein gigantisches Loch in ihrer Mitte, umgeben von einem leuchtenden Ring aus Sternen. In diesem Ring ist die Sternbildung rund 50 Mal aktiver als in unserer Milchstraße, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Astronomy“ berichten.

Galaxien können ganz unterschiedliche Formen besitzen: Viele bilden Spiralen oder Balkenspiralen wie unsere Milchstraße oder die Andromedagalaxie. Auch kreisrunde, elliptische oder diffus wolkige Sternenansammlungen wie die beiden Magellanschen Wolken kommen vor. Und die sogenannten Ringgalaxien besitzen neben ihrem hellen Zentrum einen deutlich abgegrenzten, hellleuchtenden Ring aus Sternen.

Ein Doughnut aus Sternen

Einen extrem seltenen Typ solcher Ringgalaxien haben nun Astronomen um Tiantian Yuan vom ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in Melbourne entdeckt. „Das ist ein sehr merkwürdiges Objekt, das wir noch nie zuvor gesehen haben“, sagt Yuan. „Diese Galaxie sieht fremd und zugleich vertraut aus.“ Entdeckt haben die Forscher die elf Milliarden Lichtjahre entferne Ringgalaxie R5519 bei der Auswertung einer Himmelsdurchmusterung und durch Nachbeobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop.

Das Ungewöhnliche an der Galaxie: Sie hat zwar ungefähr die gleiche Masse wie die Milchstraße, aber eine völlig andere Struktur. Dort wo bei unserer Heimatgalaxie das dichte Zentrum liegt, sieht man bei R5519 nur eine gähnende Leere. Dieses zentrale Loch ist knapp 18.000 Lichtjahre groß und von einem hellen Ring aus leuchtenden Sternen und Gas umgeben. Die Galaxie R5519 ähnelt damit einem gigantischen Doughnut.

Aktive Sternbildung im „Feuerring“

So leer die Mitte dieser Ringgalaxie ist, so aktiv ist dafür ihr Ring: „Sie produziert Sterne mit einer 50-fach höheren Rate als die Milchstraße“, berichtet Yuan. „Der größte Teil dieser Aktivität findet im Ring statt – er ist damit wirklich ein kosmischer Feuerring.“ Außerhalb des Rings setzt sich die Galaxie in einer Zone des diffusen Sternenlichts fort. Dadurch ist sie insgesamt rund eineinhalb bis zweimal größer als die Milchstraße.

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Doch wie kam dieser Sternenring zustande? Wie die Astronomen erklären, gibt es zwei Wege, auf denen eine Ringgalaxie entstehen kann. Der häufigere Typ bildet sich durch interne Prozesse, bei denen Turbulenzen für Dichtewellen im Gas und damit für eine ungleichmäßige, ringförmige Sternbildung sorgen. Weitaus seltener sind dagegen Kollisions-Ringgalaxien. Sie entstehen durch die Schwerkraft-Wechselwirkungen einander zu nahe kommender Galaxien.

R5519 Entstehung
So könnte R5519 entstanden sein: Eine kleine Nachbargalaxie rast durch sie hindurch und verursacht die Bildung des Sternrenrings. © James Josephides/ Swinburne Astronomy Productions

Erste Kollisions-Ringgalaxie im fernen Kosmos

Solche Kollisions-Ringgalaxien gelten schon im nahen Universum als echte Rarität, sie sind rund 100 Mal seltener als der intern gewachsene Typ, wie die Astronomen erklären. Im fernen, jungen Universum wurde dieser Galaxientyp bisher noch nie beobachtet. Unter anderem deshalb bleibt unklar, ob unter den Bedingungen der frühen Galaxienbildung mehr oder weniger solcher Kollision-Ringgalaxien entstanden.

Mit der Galaxie R5519 könnten Yuan und ihre Kollegen nun die erste Ringgalaxie im fernen Kosmos entdeckt haben, die durch Kollision entstanden ist. „Das ausgedehnte, diffuse Sternenlicht um den Sternbildungsring, kombiniert mit dessen Radialgeschwindigkeit und einem Kollisionspartner nahebei liefern Belege dafür, dass diese Galaxie einen Kollisionsring besitzt“, konstatieren die Forscher. Sie gehen anhand ihrer Beobachtungsdaten davon aus, dass diese Kollisions-Ringgalaxien im frühen Kosmos ähnlich selten waren wie heute.

Neuer Blick auf Sternenscheiben

Interessant auch: Den gängigen Modellen zufolge können sich solche Kollisions-Ringgalaxien nur dann bilden, wenn die Ausgangsgalaxie schon eine innere, dünne Sternenscheibe ausgebildet hat. Diese umfasst vor allem jüngere Sterne und bildet in der Milchstraße die deutlichen Spiralarme. „Diese dünnen Scheiben sind die definierenden Komponenten von Spiralgalaxien. Bevor sie sich bilden, sind die Galaxien in einem eher ungeordneten Zustand“, erklärt Koautor Kenneth Freeman von der Australian National University.

Angesichts des hohen Alters von R5519 bedeutet dies: Diese Galaxie muss schon vor elf Milliarden Jahren eine solche dünne Scheibe ausgebildet haben, denn aus dieser bildete sich bei der Kollision der Sternenring. „Doch bei unserer Milchstraße entstand die dünne Scheibe erst vor rund neun Milliarden Jahren“, so Freeman. „Die Entdeckung von R5519 ist daher ein Hinweis darauf, dass sich diese Scheiben früher und über einen längeren Zeitraum bildeten als zuvor angenommen.“ (Nature Astronomy, 2020; doi: 10.1038/s41550-020-1102-7)

Quelle: ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3D (ASTRO 3D)

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