18.12.2023

Die Geheimnisse galaktischer Ausströmungen

Fast jede sternbildende Galaxie zeigt galaktischen Winde – ausgelöst durch Explosionen massereicher Sterne.

Ein internationales Forschungsteam hat bei der Untersuchung einer Stichprobe von etwa hundert Galaxien mit dem MUSE-Instrument am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO die für galaktische Winde charakteristischen doppelkegelförmigen Strukturen nachgewiesen. Diese sind nur in bestimmten Spektrallinien des Lichts und nur bei extrem hoher Empfindlichkeit der Messung erkennbar. Zuvor waren nur einige wenige solcher Fälle bekannt, die meisten davon eben-falls mit dem MUSE-Instrument entdeckt.

Abb.: Theoretische Skizze für galaktische Winde.
Abb.: Theoretische Skizze für galaktische Winde. Die Verteilung im Hintergrund zeigt die von MUSE gemessenen Gasausströmungen von Galaxien.
Quelle: Guo et al., AIP

„MUSE zeigt uns, dass solche galaxienweite Ausströmungen in so gut wie jeder sternbildenden Galaxie vorhanden sind“, sagt Team-Mitglied Lutz Wisotzki vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam. „Darüber hinaus können wir anhand der neuen Ergebnisse genau erkennen, welche Ausdehnung und welche Form diese galaktischen Winde typischerweise haben. Bisher war dies nur in sehr seltenen Extremfällen möglich.“

Astrophysiker nehmen an, dass ausströmendes Gas eine entscheidende Rolle bei der kosmischen Entwicklung von Galaxien spielt, indem es deren Wachstum und Sternentstehung reguliert. Theoretische Berechnungen sagen bipolare Formen für die Ausströmungen vorher, die sich oberhalb und unterhalb der Galaxienebene bis weit in das zirkumgalaktische Medium erstrecken. Ähnliche Formen wurden auch in einigen nahen Galaxien, beispielsweise M82, und sogar in unserer Milchstraße, direkt beobachtet, allerdings sieht man hier nur die innersten Bereiche und kann kein Gesamtbild erstellen.

Kosmologische Simulationen der Galaxienbildung sagen für das junge Universum voraus, dass das Phänomen der galaktischen Winde während dieser Frühphasen deutlich häufiger und stärker auftrat. Aufgrund der höheren Sternbildungsaktivität junger Galaxien gab es mehr Supernova-Explosionen und dadurch stärkere Ausströmungen. Diese transportieren Gas und Energie aus einer Galaxie in ihre Umgebung und entziehen ihr somit den notwendigen Treibstoff für weitere Sternentstehung, während sie gleichzeitig ihre zirkumgalaktische Umgebung anreichern. Dieser Rückkopplungsprozess ist vermutlich ein entscheidendes Element für unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Galaxien, er ist aber aufgrund der schwierigen Nachweisbarkeit des Phänomens nur sehr unzureichend durch Beobachtungen erforscht.

Die neue Studie mit dem MUSE-Instrument zeigt nun unmittelbar, dass das galaktische Gas bis zu einer Entfernung von mehr als 30.000 Lichtjahren in die Umgebung der Galaxien ausströmt. Dabei hängt das beobachtbare Signal stark von der Ausrichtung der Galaxie relativ zur Sichtlinie ab: Sieht man das System von der Seite, so findet sich starke Emission oberhalb und unterhalb der Galaxienebene, während bei Galaxien, die wir von oben oder unten betrachten, das Signal schwächer und gleichmäßiger verteilt ist. Diese Beobachtungen bestätigen auf sehr eindrückliche Weise die zuvor theoretisch vorhergesagte bipolare Form der Ausströmungen senkrecht zur Galaxienebene.

AIP / RK


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