Faszination Universum - Heisses Gas füttert die Spiralarme der Milchstrasse
Von: Markus Nielbock
Ein internationales Forschungsteam, mit wesentlicher Beteiligung von Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA), hat wichtige Erkenntnisse darüber gewonnen, woher das Material in den Spiralarmen der Milchstrasse stammt, aus dem sich letztendlich neue Sterne formen. Durch die Analyse von Eigenschaften des galaktischen Magnetfelds konnten sie zeigen, dass das dünn verteilte sogenannte Warme Ionisierte Medium (WIM), in das die Milchstrasse eingebettet ist, sich in der Nähe eines Spiralarms verdichtet. Während es allmählich abkühlt, dient es als Nachschub für das kältere Material aus Gas und Staub, das die Sternentstehung füttert.
Blick in die Milchstrasse
Die Milchstrasse ist eine Spiralgalaxie, eine scheibenförmige Sterneninsel im Kosmos, in der sich die meisten hellen und jungen Sterne in Spiralarmen anhäufen. Dort entstehen sie aus dem dichten Interstellaren Medium (ISM), das aus Gas (insbesondere Wasserstoff) und Staub (mikroskopische Körper mit hohen Anteilen an Kohlenstoff und Silizium) besteht und sich auf Bildern als dunkles Band vor dem Sternenhintergrund abhebt. Damit stetig neue Sterne entstehen können, muss laufend Material in die Spiralarme gespült werden, welches den Vorrat an Gas und Staub wieder auffüllt.
Eine Gruppe von Astronomen der Universität Calgary in Kanada, des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und anderen Forschungseinrichtungen konnte nun zeigen, dass der Nachschub von einer deutlich heisseren Komponente des ISM stammt, die gewöhnlich die gesamte Milchstrasse einhüllt. Dieses Warme Ionisierte Medium (WIM) hat eine mittlere Temperatur von 10‘000 Grad.
Energiereiche Strahlung von heissen Sternen führt dazu, dass das Wasserstoffgas des WIM grösstenteils ionisiert ist. Die Ergebnisse lassen darauf schliessen, dass das WIM sich in einem schmalen Bereich nahe eines Spiralarms verdichtet und allmählich unter Abkühlung hineinfliesst.
Dem dichten WIM auf die Spur gekommen sind die Wissenschaftler durch die Vermessung der sogenannten Faradayrotation, einem Effekt, der nach dem englischen Physiker Michael Faraday benannt ist. Dabei ändert sich die Polarisationsrichtung von linear polarisierter Radiostrahlung, wenn sie durch ein Plasma (ionisiertes Gas) läuft, das von einem Magnetfeld durchzogen ist. Man spricht von polarisierter Strahlung, wenn das elektrische Feld nur in einer Ebene schwingt. Gewöhnliches Licht ist nicht polarisiert. Das Ausmass der Richtungsänderung der Polarisation hängt zudem von der beobachteten Wellenlänge ab.
In der vorliegenden Studie, die in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde, konnten die Astronomen ein ungewöhnlich starkes Signal in einem eher unscheinbaren Bereich der Milchstrasse ermitteln, der sich unmittelbar an der Seite des Sagittariusarms der Milchstrasse anschmiegt, die dem Galaktischen Zentrum zugewandt ist. Der Spiralarm selber sticht in den Bilddaten durch starke Radiostrahlung heraus, die von eingebetteten heissen Sternen und Supernovaüberreste erzeugt wird.
Die stärkste Verschiebung der Polarisation findet sich jedoch ausserhalb dieser markanten Zone. Daraus folgern die Astronomen, dass die erhöhte Faradayrotation nicht innerhalb dieses aktiven Teils des Spiralarms entspringt. Demnach stammt es von verdichtetem WIM, welches wie das Magnetfeld zu einer weniger offensichtlichen Komponente des Spiralarms gehört.
Die Analyse basiert auf der THOR-Durchmusterung (The HI/OH Recombination Line Survey of the Milky Way / Rekombinationslinienvermessung der Milchstrasse), die seit einigen Jahren am MPIA erstellt und in der ein grosser Bereich der Milchstrasse bei mehreren Radiowellenlängen beobachtet wird. Polarisierte Strahlungsquellen wie weit entfernte Quasare oder Neutronensterne dienen als „Sonden“ zur Bestimmung der Faradayrotation.
Somit können die Astronomen nicht nur die ansonsten schwierig zu vermessenden Magnetfelder in der Milchstrasse ausfindig machen, sondern die Struktur und Eigenschaften des heissen Gases ergründen. „Das starke Signal in einem eher unauffälligen Bereich der Milchstrasse hat uns sehr überrascht“, sagt Henrik Beuther vom MPIA, der das THOR-Projekt leitet. „Diese Ergebnisse zeigen uns, dass es bei der Erforschung der Struktur und der Dynamik der Milchstrasse immer noch viel zu entdecken gibt.“
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