Astronomen haben ein ein halbes Jahrhundert altes wissenschaftliches Rätsel gelöst und den Stern identifiziert, der mit einem Strom kosmischen Gases in Zusammenhang steht, der von zwei nahegelegenen Galaxien ausgeht. Fast fünfzig Jahre lang blieben Astronomen bei der Suche nach Sternen im Magellanschen Strom mit leeren Händen. Der Magellansche Strom ist ein riesiges Gasband, das sich über fast 300 sichtbare Monddurchmesser über den Himmel der südlichen Hemisphäre erstreckt und hinter den Magellanschen Wolken, den beiden nächsten kosmischen Nachbarn unserer Milchstraße, herzieht.
Nun hat die lange Suche nach Sternen endlich ein Ende. Forscher der Harvard University und des Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und ihre Kollegen haben die Standorte von 13 Sternen identifiziert, deren Entfernungen, Bewegungen und chemische Zusammensetzungen sie in den mysteriösen Sternenstrom einordnen.
Die Positionierung dieser Sterne hat nun die wahre Entfernung des Magellanschen Stroms bestimmt und zeigt, dass er sich von 150.000 bis über 400.000 Lichtjahre entfernt erstreckt. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für die Kartierung und Modellierung des Magellanschen Stroms in beispielloser Detailgenauigkeit und liefern neue Einblicke in die Geschichte und Eigenschaften unserer Galaxie und ihrer Nachbarn.
„Der Magellansche Strom dominiert den Himmel der südlichen Hemisphäre, und unsere Arbeit hat endlich eine Sternstruktur entdeckt, nach der die Menschen seit Jahrzehnten gesucht haben“, sagte Vedant Chandra, Doktorand in Astronomie und Astrophysik am CfA und Erstautor einer neuen Studie, die im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde.
„Die Entstehung der Magellanschen Ströme und Magellanschen Wolken und ihre vergangenen und zukünftigen Wechselwirkungen mit unserer Galaxie“, sagte Co-Autor Charlie Conroy, Magellan-Professor für Astronomie und Chandras Mentor. „Mit diesen und weiteren Ergebnissen hoffen wir, ein tieferes Verständnis der Entstehung der Magellanschen Ströme und Magellanschen Wolken sowie ihrer vergangenen und zukünftigen Wechselwirkungen mit unserer Galaxie zu gewinnen.“
Einblicke in die Magellanschen Wolken
Die Große Magellansche Wolke und die Kleine Magellansche Wolke sind Zwerg-Satellitengalaxien der Milchstraße. Die Große Magellansche Wolke und die Kleine Magellansche Wolke sind Zwerg-Satellitengalaxien der Milchstraße. Ihre verschwommenen, hellen Lichter sind mit bloßem Auge erkennbar und den Menschen seit der Antike bekannt. Als immer leistungsfähigere Teleskope verfügbar wurden, konnten Astronomen Phänomene entdecken, die zu schwach waren, um mit bloßem Auge gesehen zu werden, und in den frühen 1970er Jahren entdeckten sie einen riesigen Wasserstoffgasstrom, der offenbar aus den Magellanschen Wolken ausgestoßen wurde.
Untersuchungen der Gase im Magellanschen Strom haben außerdem gezeigt, dass der Magellansche Strom aus zwei ineinander verschlungenen Filamenten besteht, die jeweils aus einer Magellanschen Wolke stammen. Diese Merkmale deuten darauf hin, dass die Schwerkraft der Milchstraße den Magellanschen Strom aus den Wolken gezogen haben könnte. Allerdings ist die genaue Entstehung des Magellanschen Stroms bisher nicht bekannt, vor allem weil seine mutmaßliche Sternzusammensetzung noch immer nicht bekannt ist.
Löse das Geheimnis der Sterne
Chandra nähert sich diesem Problem durch ein ehrgeiziges Projekt, das 2021 begann, als er am CfA für seine Doktorarbeit studierte. Chandra konsultierte Conroy zu einigen interessanten Forschungsthemen und Conroy führte Chandra in das Neuland der Milchstraße. Da unser Sonnensystem genau in der Scheibe der Milchstraße selbst liegt, wurden die spärlichen Sterne in den äußeren Bereichen der Milchstraße kaum untersucht, so wie ein Zuschauer in der Nähe der Bühne bei einem Konzert versucht, jemanden am Rande der Menge zu erkennen.
Im letzten Jahrzehnt haben jedoch umfangreiche Kataloge, die von neuen Instrumenten erstellt wurden – insbesondere der Raumsonde Gaia der Europäischen Weltraumorganisation – damit begonnen, Sternobjekte auszuspionieren, bei denen es sich möglicherweise um diese schwer fassbaren Grenzsterne handelt. Das Chandra-Teleskop hatte über CfA und MIT Zugriff auf das 6,5-Meter-Magellanbad-Teleskop am Las Campanas-Observatorium in Chile und führte ein Projekt zur Spektralanalyse von 200 entfernten Sternen der Milchstraße durch.
Spektralanalyse des Magellanschen Stroms
Bei der Spektroskopie wird genügend Licht von Himmelsobjekten gesammelt, um bestimmte in den Farbbändern des Lichts eingeprägte Merkmale zu erkennen, die wie Fingerabdrücke einzelne chemische Elemente eindeutig identifizieren können. Daher enthüllen diese Merkmale die chemische Zusammensetzung des Himmelskörpers und erklären seinen Ursprung. Darüber hinaus ändern sich diese Merkmale je nach Entfernung des Objekts, sodass Astronomen erkennen können, wohin sich ein Objekt (z. B. ein Stern) bewegt und woher es kommt.
In Chandras Studie identifizierte die Spektralanalyse eine Gruppe von 13 Sternen, deren Entfernungen und Geschwindigkeiten deutlich im erwarteten Bereich des Magellanschen Stroms lagen. Darüber hinaus entsprechen die chemischen Häufigkeiten der Sterne denen der Magellanschen Wolken, so dass es beispielsweise deutlich an schwereren Elementen mangelt, die Astronomen als Metalle bezeichnen. „Diese 13 Sterne sind einfach aus unserem Datensatz herausgefallen“, sagte der Co-Autor der Studie, Rohan Naidu, ein ehemaliger CfA-Doktorand und jetzt Hubble-Postdoktorand am MIT.
Mithilfe dieser Sterne erhielten die Forscher zuverlässige Entfernungs- und Entfernungsmessungen des Magellanschen Stroms und bestätigten damit, dass sein Ursprung in der Gravitationswirkung der Milchstraße liegt. Darüber hinaus konnten die Forscher die gesamte Gasverteilung des Magellanschen Flusses mit größerer Sicherheit als frühere Schätzungen berechnen. Die Gasverteilung legt nahe, dass der Strom tatsächlich doppelt so massiv ist wie allgemein angenommen.
Dieses Ergebnis wiederum sagt voraus, dass die Milchstraße in Zukunft mit neuer Sternentstehung gefüllt sein wird, da nach früheren Beobachtungen aktiv Sternströme in unsere Galaxie fallen. Daher ist der galaktische Strom der Hauptlieferant von kaltem Neutralgas, das zur Entstehung neuer Sterne in der Milchstraße benötigt wird.
Die Zukunft der Galaxienforschung
„Der Magellansche Strom ist die Hauptquelle der Sternwärme in der Milchstraße – er ist unser Frühstück, Mittag- und Abendessen“, sagte die Co-Autorin der Studie, Ana Bonaca, eine ehemalige ITC-Postdoktorandin am CfA und jetzt wissenschaftliche Mitarbeiterin an den Carnegie Observatories. „Nach neuen Schätzungen des Magellanstroms mit höherer Masse könnte die Milchstraße am Ende dicker sein als zunächst angenommen.“
Weitere Untersuchungen des Magellanschen Stroms könnten Astronomen auch dabei helfen, mehr über den Aufbau der Milchstraße zu erfahren. Da angenommen wird, dass die Magellanschen Ströme die früheren Flugbahnen der Magellanschen Wolken verfolgen, wird die Simulation der Entwicklung der relativ massiven Großen Magellanschen Wolke durch die Magellanschen Ströme dazu beitragen, die Messungen der Massenverteilung der Milchstraße zu verbessern. Ein Großteil dieser Masse liegt in Form von Dunkler Materie vor – einer wenig verstandenen Substanz mit gravitativen Eigenschaften. Bessere Messungen der Masse der Milchstraße in ihrem fernen Hinterland werden dabei helfen, die Mengen an gewöhnlicher und dunkler Materie zu berechnen und deren mögliche Eigenschaften einzuschränken.
„Das Tolle daran, einen so großen Sternenstrom wie den Magellanschen Strom zu haben, ist, dass wir ihn jetzt für viele astrophysikalische Studien nutzen können“, sagte Chandra. „Während unsere spektroskopischen Untersuchungen weitergehen und wir weitere Sterne entdecken, sind wir gespannt, was uns die äußeren Bereiche der Milchstraße sonst noch zu bieten haben.“
Referenz: „Discovery of the Magellanic Stream as Far as 100kpc“, Autor: Vedant Chandra, Rohan P. Naidu, Charlie Conroy, Ana Bonaca, Dennis Zaritsky, Phillip A. Cargile, Nelson Caldwell, Benjamin D. Johnson, Jiwon Jesse Han und Yuan-Sen Ting, 13. Oktober 2023, „The Astrophysical Journal“.
DOI:10.3847/1538-4357/acf7bf
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily