Seltener Frontalzusammenstoß

Eine Simulation, die von einem Frontalzusammenstoß der Andromeda-Galaxie mit ihrem kleineren Begleiter M32 ausgeht, kann die heutige Struktur dieser Galaxie erklären.

Frontalzusammenstöße zwischen Galaxien sind extrem seltene Ereignisse. Doch vor gerade einmal 210 Millionen Jahren scheint es direkt vor unserer kosmischen Haustür zu einer solchen Kollision gekommen zu sein. Damals stieß die 2,5 Millionen Lichtjahre entfernte Andromeda-Galaxie mit ihrem kleineren Begleiter M32 zusammen. Zu diesem Schluss kommt jetzt ein internationales Astronomenteam aufgrund neuer Beobachtungen und Computersimulationen. Die Forscher berichten im Fachblatt „Nature“ über ihre Arbeit.

Abb.: Verteilung des Gases in den Computersimulationen einer frontalen Kollision der Andromeda-Galaxie mit der Zwerggalaxie M32. Zeitangaben in Millionen Jahren. (Quelle: D. L. Block et al.)

„Die ungewöhnliche Morphologie der Andromeda-Galaxie war bislang ein Rätsel“, erklären die Astronomen um David Block von der University of Witwatersrand in Südafrika. Denn die der Milchstraße am nächsten gelegene Spiralgalaxie zeigt einen 30.000 Lichtjahre großen Ring aus jungen Sternen, dessen Zentrum um etwa 3000 Lichtjahre gegen das Zentrum der Galaxie verschoben ist. Zudem ist die äußere Scheibe von Andromeda leicht verbogen.

Die Infrarot-Beobachtungen von Block und seinen Kollegen aus Frankreich und den USA mit dem Spitzer Space Telescope zeigen nun im Inneren von Andromeda einen weiteren, rund 4500 Lichtjahre großen Staubring. Das Zentrum dieses stark elliptischen Ringes ist ebenfalls gegen den Mittelpunkt der Galaxie verschoben, und zwar um etwa 1500 Lichtjahre. Die Forscher interpretieren die beiden Ringe als Dichtewellen, die sich in Folge einer nahezu frontalen Kollision mit einer kleineren Galaxie - vermutlich M32, heute eine Satellitengalaxie von Andromeda - gebildet haben und langsam nach außen wandern.

Im Prinzip können sich Ringe in Galaxien auch durch die Wechselwirkung mit einer zentralen balkenförmigen Struktur - wie sie vermutlich auch Andromeda aufweist - bilden. Nach Ansicht von Block und seinen Kollegen sprechen jedoch zahlreichen Indizien gegen ein solches Szenario, insbesondere die Tatsache, dass die Ringe nicht konzentrisch sind. Außerdem stimmt die Orientierung des inneren, elliptischen Ringes nicht mit einem möglichen stellaren Balken in Andromeda überein.

Um ihre Hypothese zu überprüfen haben Block und seine Kollegen umfangreiche Computersimulationen von frontalen Zusammenstößen durchgeführt. Die Simulationen berücksichtigen das unterschiedliche Verhalten von Sternen, Gas und Dunkler Materie in Andromeda und M32. Insgesamt simulierten Block und sein Team die Bewegung von einer Million Testteilchen.

Kollisionen zwischen Andromeda und M32 wurden auch schon von anderen Forschern untersucht. Block und sein Team sind jedoch die ersten, die von einem nahezu frontalen Zusammenstoß ausgehen. Außerdem gehen sie von einem größeren Massenverhältnis zwischen den Galaxien aus: Vor der Kollision enthält M32 bei ihnen ein Zehntel der Masse von Andromeda. Tatsächlich zeigen die Simulationen, dass M32 bei der Kollision sehr viel Materie an Andromeda abgibt. Nach der Kollision beträgt das Massenverhältnis in guter Übereinstimmung mit den gemessenen Werten 1:23.

Die Simulationen können das heutige Aussehen der Andromeda-Galaxie erstaunlich gut reproduzieren. Die genaue Lage und die Form der Ringe hängt dabei davon ab, unter welchem Winkel und in welchem Abstand vom Galaxienzentrum M32 auf Andromeda geprallt ist. Sogar ein bislang mysteriöses „Loch“ im äußeren Ring taucht in den Simulationen als Überlagerung der Spiralarme mit der Dichtewelle auf. Andromeda bietet den Astronomen damit die überraschende Möglichkeit, die Folgen eines seltenen Frontalzusammenstoßes zwischen Galaxien aus unmittelbarer Nähe zu beobachten.

Rainer Kayser

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  D. L. Block et al., An almost head-on collision as the origin of two off-centre rings in the Andromeda galaxy, Nature 443, 832 (2006).
  http://dx.doi.org/10.1038/nature05184
• University of Witwatersrand:
  http://www.wits.ac.za/
• Spitzer Space Telescope:
  http://www.spitzer.caltech.edu/
• Andromeda-Galaxie (SEDS):
  http://www.seds.org/messier/m/m031.html

Weitere Literatur:

• C. Nieten et al., Molecular gas in the Andromeda galaxy, Astron. Astrophys. 453, (2006).
• K. D. Gordon et al., Spitzer MIPS Infrared Imaging of M31: Further evidence for a spiral-ring composite structure, Astrophys. J. Lett. 638, L87 (2006).
• P. Barmby et al.,Dusty waves on a starry sea: the mid-infrared view of M31, Astrophys. J. Lett. (im Druck); Preprint: http://arXiv.org/astro-ph/0608593