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  Aktuelle Forschung :: Januar 2005 Zur Übersicht

Auf der Suche nach uralten Sternströmen in Nachbargalaxien

Abb. 1: Veranschaulichung des Galaxienkannibalismus: Eine Zwerggalaxie am oberen Bildrand, in ihrem ursprünglichen Zustand eine kugelförmige Anordnung von Sternen, fällt (entlang der gestrichelten Linie) in das Gravitationspotential einer massereichen Galaxie und wird durch immense Gezeitenkräfte auseinander gerissen. Die entrissenen Sterne bilden lange Sternströme entlang der Bahn der Galaxie. Laut Simulationen erleben Galaxien von der Größe der Milchstraße etwa hundert solche Ereignisse. (Mit freundlicher Genehmigung von Kathryn Johnston, Wesleyan University)

Abb. 2: Oberflächendichte der Roten Riesensterne in M31, aufgenommen mit der Wide Field Camera des INT. Ein Farbbild der Galaxie ist der Karte überlagert, um die Größenverhältnisse zu veranschaulichen. Unsere Karte umfasst ein Gebiet von etwa 100 x 100 kpc um das Zentrum von M31. Der große Sternstrom ('giant stream') und der von NGC205 ausgehende Ring ('Loop') sind markiert, aber auch hier ungenannte Inhomogenitäten der stellaren Verteilung sind sichtbar.

Abb. 3: Eine ähnliche Karte für die dritte Spiralgalaxie der Lokalen Gruppe, M33. Hier umfasst die Karte etwa 40 x 40 kpc. Entgegen M31 zeigt M33 keine Unregelmäßigkeiten in der Sternverteilung in ihren äußerem Bereichen. Stattdessen fällt die Sterndichte sehr glatt nach außen ab.

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 linkPfeil.gifDie größte N-Teilchen Simulation des Universums). 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 (siehe Abb. 1).

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 5 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.

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 überaschende Resultate. Abb. 2 zeigt dass 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. 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 masseaermeren Galaxie M33 eine sehr glatte Sternverteilung sowie keinerlei Anzeichen von Substrukturen (siehe Abb. 3). 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.


Annette Ferguson

Weitere Informationen:

linkPfeilExtern.gifIsaac Newton Group of Telescopes

linkPfeilExtern.gifThe Hubble Space Telescope

linkPfeilExtern.gifThe Subaru Telescope

A. M. N. Ferguson, M. J. Irwin, R.A. Ibata, G. F. Lewis & N. R. Tanvir: Evidence for Stellar Substructure in the Halo and Outer Disk of M31, 2002, AJ, 124, 1452

A. M. N. Ferguson, R. A. Johnson, D. C. Faria, M. J. Irwin, R. A. Ibata, K. V. Johnston, G. F. Lewis & N. R. Tanvir: The Stellar Populations of M31 Halo Substructure, 2005, ApJL, submitted

A. M. N. Ferguson, M. J. Irwin, R.A. Ibata, G. F. Lewis, A. McConnachie & N. R. Tanvir: A Global Map of the Stellar Populations In and Around M33, 2005, MNRAS, submitted


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Letzte Änderung: 30.12.2004