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EROSITA
Riesige Blasen im Halo der Milchstraße
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
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10. Dezember 2020

Die erste vollständige Himmelsdurchmusterung mit dem Röntgenteleskop eROSITA an Bord des SRG-Observatoriums hat eine große Struktur in der Milchstraße aufgezeigt, die wie eine gigantische Sanduhr aussieht. Diese "eROSITA-Blasen" zeigen eine verblüffende Ähnlichkeit mit den Fermi-Blasen, die vor einem Jahrzehnt bei noch höheren Energien entdeckt wurden.

Blasen

Die eROSITA-Blasen. In dieser Falschfarbenkarte ist die ausgedehnte Emission bei Energien von 0,6-1,0 keV hervorgehoben. Der Beitrag der Punktquellen wurde entfernt und die Skalierung angepasst, um großräumige Strukturen in unserer Galaxie deutlicher hervortreten zu lassen. Bild: MPE/IKI  [Großansicht]

Astronomen haben in der ersten vollständigen Himmelskarte des Röntgenteleskops eROSITA an Bord des SRG-Observatoriums eine auffallende Entdeckung gemacht: eine riesige kreisrunde Struktur aus heißem Gas unterhalb der Milchstraßenebene, die den größten Teil des südlichen Himmels einnimmt. Eine ähnliche Struktur am Nordhimmel, der sogenannte "Nordpolar-Sporn", ist seit langem bekannt und man nahm an, dass er von einer frühen Supernova-Explosion stammte. Zusammengenommen scheinen die nördliche und die südliche Struktur stattdessen beide aus dem galaktischen Zentrum auszutreten und erinnern in ihrer Form an eine Sanduhr.

"Dank seiner Empfindlichkeit sowie Energie- und Winkelauflösung kann eROSITA den gesamten Röntgenhimmel mit bisher unerreichter Tiefe kartieren und so auch die südliche Blase eindeutig nachweisen", erklärt Michael Freyberg, der als Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) schon viele Jahre an eROSITA arbeitet. Das Röntgenteleskop durchmustert alle sechs Monate den gesamten Himmel, und die Daten ermöglichen es den Wissenschaftlern, nach großräumigen Strukturen zu suchen.

Die Röntgenemission, die von eROSITA in seinem mittleren Energieband (0,6-1,0 keV) beobachtet wird, zeigt dass die Blasen eine Ausdehnung von bis zu 50.000 Lichtjahren im Durchmesser haben, und damit fast so groß sind wie die Milchstraße selbst. Diese 'eROSITA-Blasen' zeigen auffallende morphologische Ähnlichkeiten mit den bereits bekannten 'Fermi-Blasen', die das Fermi-Teleskop bei im Bereich der Gammastrahlen entdeckte, sie sind aber größer und energiereicher.

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"Die scharfen Grenzflächen dieser Blasen laufen höchstwahrscheinlich entlang von Stoßwellen, die durch einen massiven Energieeintrag aus dem Innern unserer Galaxie in den galaktischen Halo verursacht wurden", führt Peter Predehl vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik aus. "Solch eine Erklärung wurde bereits früher für die Fermi-Blasen vorgeschlagen; mit eROSITA ist jetzt ihr volles Ausmaß und ihre Morphologie offensichtlich geworden."

Diese Entdeckung wird den Astronomen helfen, den kosmischen Kreislauf der Materie in und um die Milchstraße und andere Galaxien zu verstehen. Der größte Teil der gewöhnlichen (baryonischen) Materie im Universum ist für unsere Augen unsichtbar; alle Sterne und Galaxien, die wir mit optischen Teleskopen beobachten, machen weniger als zehn Prozent ihrer Gesamtmasse aus. Man nimmt an, dass sich riesige Mengen unbeobachteter baryonischer Materie in den Halos mit geringer Dichte befinden, die die Galaxien und die Filamente im kosmischen Netz wie Kokons umgeben. Diese Halos sind heiß, mit einer Temperatur von Millionen von Grad, und daher nur für Teleskope sichtbar, die energiereiche Strahlung nachweisen können.

Die Blasen, die eROSITA jetzt gefunden hat, zeigen Störungen in dieser heißen Gashülle um unsere Milchstraße auf, die entweder durch eine Periode intensiver Sternentstehung oder durch einen Ausbruch aus dem supermassereichen Schwarzen Loch im galaktischen Zentrum verursacht wurden. Auch wenn das Schwarze Loch sich jetzt ruhig verhält, könnte es in der Vergangenheit durchaus aktiv gewesen sein, ähnlich wie man es bei aktiven Galaxienkernen (AGN) mit stark wachsenden Schwarzen Löchern in fernen Galaxien beobachten kann.

In beiden Fällen muss die Energie, die für die Entstehung dieser riesigen Blasen nötig ist, enorm gewesen sein, sie dürfte in etwa der Energie entsprechen, die bei 100.000 Supernovae freigesetzt wird, und ist damit in einer ähnlichen Größenordnung wie Schätzungen anderer AGN-Ausbrüche. "Die Narben, die solche Ausbrüche hinterlassen, brauchen sehr lange, um in diesen Halos zu heilen", fügt eROSITA-Projektwissenschaftler Andrea Merloni hinzu. "Die Wissenschaftler haben lange und bei vielen Galaxien nach den gigantischen Signaturen solch gewalttätiger Aktivitäten in der Vergangenheit gesucht."

Die eROSITA-Blasen liefern jetzt ein starkes Indiz für großräumige Wechselwirkungen zwischen dem Galaxienkern und dem Halo um die Galaxie. Diese Prozesse sind dabei energiereich genug, um die Struktur, den Energiegehalt und die chemische Anreicherung des zirkumgalaktischen Mediums der Milchstraße zu stören. "eROSITA schließt derzeit die zweite Durchmusterung des gesamten Himmels ab und verdoppelt damit die Anzahl der Röntgenphotonen, die von den entdeckten Blasen kommen", betont Rashid Sunyaev, wissenschaftlicher Leiter des SRG-Observatoriums in Russland. "Wir haben noch enorm viel Arbeit vor uns, denn die eROSITA-Daten ermöglichen es uns, viele Röntgen-Spektrallinien zu identifizieren, die von dem hoch ionisierten Gas emittiert werden. Das bedeutet, dass wir nicht nur die Fülle der chemischen Elemente, den Grad ihrer Ionisierung, die Dichte und Temperatur des emittierenden Gases in den Blasen untersuchen können, sondern wir können auch die Orte der Stoßwellen identifizieren und charakteristische Zeitskalen abschätzen."

Das Röntgenteleskop eROSITA ist am 13. Juli 2019 an Bord der Mission Spektr-RG ins All gestartet. Seine große Sammelfläche und sein weites Sichtfeld sind für eine tiefe Durchmusterung des gesamten Himmels im Röntgenbereich ausgelegt. Über sechs Monate hinweg, vom Dezember 2019 bis Juni 2020, hat SRG/eROSITA die erste Durchmusterung des gesamten Himmels bei Energien von 0,2-8 keV abgeschlossen. Dies ist deutlich tiefer als die einzige bisher existierende Durchmusterung des gesamten Himmels mit einem Röntgenteleskop, die 1990 von ROSAT bei Energien von 0,1-2,4 keV durchgeführt wurde.

Bei einer vorläufigen Analyse der Himmelskarte der ersten eROSITA-Durchmusterung wurden mehr als eine Million Röntgenpunktquellen und etwa 20.000 ausgedehnte Quellen nachgewiesen. Dies ist vergleichbar mit der Gesamtzahl der vor eROSITA bekannten Röntgenquellen und könnte diese sogar übertreffen. Etwa 80 Prozent der Punktquellen sind weit entfernte Aktive Galaktische Kerne (AGN), aber es gibt auch etwa 20 Prozent Sterne mit einer heißen Corona in der Milchstraße, darunter etwa 150 Sterne, um die Planeten kreisen.

Über die Beobachtung der "eROSITA-Blasen" berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature erschienen ist.

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Links im WWW
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
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