Wasserstoff in NGC 1316 entdeckt

Die Galaxie NGC 1316 der Forschung seit zwanzig Jahren Rätsel auf: Theoretische Berechnungen besagen, dass sie viel Wasserstoff enthalten müsste, der bisher aber nicht nachgewiesen werden konnte. In einer aktuellen Untersuchung unter der Federführung von Paolo Serra vom italienischen Istituto Nazionale di Astrof­isica, an der ein Team der Ruhr-Universität Bochum um Peter Kamphuis beteiligt war, haben Astronomen den Wasserstoff jetzt gefunden. Aus den Ergeb­nissen können sie eine genauere Theorie zur Bildung von Galaxien ableiten. 

NGC 1316 ist Gegenstand des Kartierungs­projekts Meerkat Fornax Survey. Dieses vom euro­päischen Forschungsrat geförderte Projekt basiert auf Beobach­tungen mit dem Meerkat-Teleskop des South African Radio Astronomy Obser­vatory in Südafrika. Das Teleskop, das aus 64 Radio­teleskopen besteht, wurde 2018 in Betrieb genommen und ist ein Vorläufer des Square Kilometre Array. „NGC 1316 ist unter Astronomen ein sehr bekanntes Objekt“, erzählt Kamphuis. „Es ist eine der hellsten Quellen im Radiobereich und das Lehrbuch­exemplar einer Radiogalaxie.“ Darüber hinaus ist das Aussehen der Galaxie im optischen Licht sehr ungewöhnlich. Die irreguläre Form deutet darauf hin, dass die Galaxie vor einigen Milliarden Jahren erst eine Kollision und danach eine Verschmelzung mit einer anderen Galaxie hatte. Danach wurden noch weitere kleinen Galaxien eingemeindet.

„Die Erklärung der Entstehung von Galaxien durch Verschmelzung von kleineren Vorläufern ist derzeit ein wichtiger Eckpfeiler unserer kosmo­logischen Modelle und Theorien“, so Kamphuis. „Daher ist der Nachweis von Galaxien wie NGC 1316 extrem wichtig.“ Weiterhin können Astronomen anhand solcher Galaxien den näheren physi­kalischen Prozess und Ablauf einer oder mehrerer Verschmelzungen sowie den Einfluss auf die Galaxien­entwicklung studieren. Doch die Zusammen­setzung des kalten inter­stellaren Mediums der Galaxie ist sehr ungewöhnlich mit einem Anteil von 98 Prozent aus Wasserstoff und Helium und dem Rest von nur zwei Prozent aus schweren Staubteilchen. Das inter­stellare Medium ist funda­mentaler Bestandteil einer Galaxie, welches beim Kollaps von Riesengas­wolken unter ihrer eigenen Masse Sterne bildet. „Bei NGC 1316 beobachten wir aber einen großen Anteil des inter­stellaren Mediums in Staubform“, erklärt Paolo Serra.

Über die Jahre haben Astronomen entdeckt, dass die Ursache dafür die Verschmelzung von zwei Galaxien zu NGC 1316 zu sein scheint. Eine der ursprünglichen Galaxien war gigantisch und hatte ein Defizit an kaltem inter­stellaren Medium, die andere war etwa zehnmal kleiner und nicht unähnlich unserer Milchstraße. Sie besaß viel kalten Staub. So brachte die kleine Galaxie genug Staub in NGC 1316, um die Beobachtung zu erklären. „Allerdings sollte die kleine Galaxie auch eine Menge an Wasserstoff mitgebracht haben, der sich zum System addiert – der wurde aber bisher nicht gefunden“, so Kamphuis.

Dieses Rätsel konnten die Forscher mit der aktuellen Arbeit lösen: „Wir konnten zeigen, dass der Wasserstoff in zwei langen, sehr schwachen Gasfilamenten verteilt ist, die sehr weit aus der Galaxie heraus­ragen“, erklärt Paolo Serra. Die Menge an Wasserstoff, die das Forscherteam hier mit nur vierzig der Meerkat-Teleskope messen konnte, entspricht derjenigen, die bei der Verschmelzung einer großen mit einer kleineren milchstraßen­ähnlichen Galaxie zu erwarten ist. „Dank der neuen Beobachtungen haben wir alle Puzzleteile zusammen­gefügt und haben jetzt eine genauere und kohärente Theorie zur Bildung von Galaxien“, fasst Kamphuis zusammen.

RUB / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  P. Serra et al.: Neutral hydrogen gas within and around NGC 1316, Astron. & Astroph., Vorabveröffentlichung 2019; DOI: 10.1051/0004-6361/201936114
• Astronomisches Institut, Ruhr-Universität Bochum