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MESSIER 51
Sternentstehung im Molekülnebel
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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13. Dezember 2013

Astronomen haben über mehrere Jahre das auch als Whirlpool-Galaxie bekannte System Messier 51 untersucht und dabei festgestellt, dass die Molekülwolken dort offenbar in diffuse Molekül-Nebelschwaden eingebettet sind, die die gesamte galaktische Scheibe durchziehen. Der Druck, den diese Nebelschwaden ausüben, bestimmt, ob sich in den Wolken neue Sterne bilden oder nicht.

M51

Molekülwolken in der Whirlpool-Galaxie M51. Die blauen Strukturen zeigen die Verteilung der Wasserstoffmoleküle in M51 an, des Rohmaterials für die Sternentstehung. Im Hintergrund ist ein Bild der Galaxie im sichtbaren Licht zu sehen, aufgenommen mit dem Weltraumteleskop Hubble.  Bild: PAWS team/IRAM/NASA HST/T. A. Rector (University of Alaska Anchorage)

Die meisten Sterne einer Galaxie werden im Inneren von riesigen Molekülwolken geboren. Dabei handelt es sich um Ansammlungen von Wasserstoffmolekülen mit Massen, die die Masse unserer Sonne um das Tausendfache oder gar um mehrere Millionen Mal übersteigen. Kollabiert eine Gasregion im Inneren dieser Wolken unter ihrer eigenen Schwerkraft, dann zieht sich das Gas darin so weit zusammen, bis Druck und Temperatur so hoch sind, dass Kernfusionsprozessen einsetzen können: Ein neuer Stern ist entstanden.

Eine neue Studien stellt jetzt allerdings die bisherigen Ansichten der Astronomen über diese Stern-Geburtsstätten infrage. "In den letzten vier Jahren haben wir die bislang vollständigste Kartierung solcher riesigen Molekülwolken in einer Spiralgalaxie vorgenommen, die unserer eigenen Milchstraße sehr ähnlich ist", erklärt Eva Schinnerer vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, die Leiterin der Untersuchung. "Dazu haben wir rekonstruiert, wie viele Wasserstoff-Moleküle es dort gibt und wie das Molekülgas sowie die älteren und die jüngeren Sterne der Galaxie verteilt sind. Dabei ergibt sich ein Bild, das sich deutlich von dem unterscheidet, was Astronomen bislang über diese Molekülwolken dachten."

Im Rahmen des PdBI Arcsecond Whirlpool Survey (PAWS) wurde die sogenannte Whirlpool-Galaxie (Messier M51) ins Visier genommen, eine rund 23 Millionen Lichtjahre entfernte Spiralgalaxie im Sternbild Jagdhunde. Ergebnis der Durchmusterung mit dem Plateau de Bure Interferometer (PdBI) in den französischen Alpen und dem IRAM-30-Meter-Teleskop in der spanischen Sierra Nevada ist ein Wolkenatlas, der mehr als 1.500 einzelne Molekülwolken verzeichnet.

"Astronomen haben sich diese Molekülwolken früher immer als Einzelgänger vorgestellt, die für sich alleine durch das extrem dünne Gas des interstellaren Mediums driften", erläutert Teammitglied Annie Hughes vom MPIA. "In den Wolken, so dachte man, sei der überwiegende Teil der Wasserstoffmoleküle einer Galaxie gespeichert. Stattdessen haben wir jetzt gezeigt, dass sich in der Whirlpool-Galaxie rund die Hälfte der Wasserstoffmoleküle in einer Art diffuser Nebelschwaden befinden, welche die Molekülwolken umgeben und die gesamte Scheibe der Galaxie ausfüllen!"

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Den Spiralarmen von Spiralgalaxien - Verdichtungen, die sich durch die Galaxie ausbreiten wie Wellen auf einem See - hatten die Astronomen bereits früher eine wichtige Rolle bei der Sternentstehung zugewiesen: In den Spiralarmen mit ihrem dichteren Gas seien die Bedingungen für die Geburt neuer Sterne besonders günstig. Doch die Studie zeigt, dass auch die neu entdeckten "Nebelschwaden" aus Gas eine wichtige Rolle spielen. 

"Die Molekülwolken sind definitiv keine Einzelgänger", so Sharon Meidt vom MPIA, die ebenfalls an der Studie beteiligt war. "Im Gegenteil: Ob sich in einer dieser Wolken neue Sterne bilden, hängt entscheidend von der Wechselwirkung zwischen der Wolke, den umgebenden Nebelschwaden und der großräumigen Struktur der Galaxie ab. Bewegen sich die Nebelschwaden relativ zu den Spiralarmen der Galaxie, dann nimmt der Druck in ihrem Inneren ab – Folge eines allgemeinen Strömungsgesetzes, des Bernoulli-Gesetzes. Auch auf die Wolken im Inneren der Nebelschwaden wirkt dann nur noch ein geringerer Außendruck. Dadurch wird es unwahrscheinlich, dass solch eine Wolke kollabiert und neue Sterne bildet."

Jerome Pety vom Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), das die für die Untersuchung benutzten Teleskope betreibt, fügt hinzu: "Dies ist ein schönes Beispiel dafür, wie unsere Teleskope ihre Stärken ausspielen können. Die Kombination aus langer Beobachtungszeit, der Notwendigkeit von Detailschärfe, wie sie nur ein Interferometer liefern kann, und von Überblicksbildern, wie sie unsere 30-Meter-Antenne liefern kann – das wäre so an keinem anderen Observatorium möglich gewesen."

Doch mit dem neuen Ergebnissen ist die Arbeit nicht getan: "Bislang haben wir mit der Whirlpool-Galaxie nur eine einzige Beispielgalaxie derart genau untersucht", so Schinnerer. "Als nächstes müssen wir nachprüfen, wieweit sich unsere Ergebnisse auf andere Galaxien übertragen lassen. Dafür eignet sich die geplante Erweiterung NOEMA des Verbundteleskops auf dem Plateau de Bure als auch das Verbundteleskop ALMA in Chile - mit ihnen können wir Wolkenatlanten für Spiralgalaxien erstellen, die noch deutlich weiter entfernt sind als die Whirlpool-Galaxie."

Über ihre Beobachtungen berichten die Wissenschaftler in mehreren Fachartikeln, die jetzt in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen sind.

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siehe auch
APEX: Blick in die Taurus-Molekülwolke - 15. Februar 2012
Barnard 68: Eine Sterngeburt wird angekündigt - 18. Juni 2009
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (1)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (2)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (3)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (4)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (5)
Max-Planck-Institut für Astronomie
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