Neue Bilder, die Daten von Missionen der ESA (European Space Agency) und der NASA verwenden, zeigen das Gas und den Staub, die den Raum zwischen den Sternen in vier der Galaxien füllen, die unserer eigenen Milchstraße am nächsten sind. Die Schnappschüsse sind mehr als beeindruckend, sie sind auch eine wissenschaftliche Fundgrube, die einen Einblick geben, wie dramatisch die Dichte von Staubwolken innerhalb einer Galaxie variieren kann.
Staub mit einer rauchähnlichen Konsistenz wird von sterbenden Sternen erzeugt und ist eines der Materialien, aus denen neue Sterne entstehen. Die von Weltraumteleskopen beobachteten Staubwolken werden ständig durch explodierende Sterne, Sternwinde und die Auswirkungen der Schwerkraft geformt und geformt. Fast die Hälfte des gesamten Sternenlichts im Universum wird von Staub absorbiert. Viele der schweren chemischen Elemente, die für die Bildung von Planeten wie der Erde unerlässlich sind, sind im interstellaren Raum in Staubkörnern eingeschlossen. Das Verständnis von Staub ist also ein wesentlicher Bestandteil des Verständnisses unseres Universums.
Die neuen Beobachtungen wurden durch die Arbeit des Herschel Space Observatory der ESA ermöglicht, das von 2009 bis 2013 in Betrieb war. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien steuerte Schlüsselteile von zwei Instrumenten an der Raumsonde bei. Die superkalten Instrumente von Herschel waren in der Lage, das thermische Leuchten von Staub zu erkennen, das als fernes Infrarotlicht emittiert wird, ein Wellenlängenbereich, der länger ist als das, was das menschliche Auge wahrnehmen kann.
Herschels Bilder von interstellarem Staub bieten hochauflösende Ansichten feiner Details in diesen Wolken und enthüllen komplizierte Substrukturen. Aber die Art und Weise, wie das Weltraumteleskop konstruiert war, bedeutete, dass es Licht von weiter verbreiteten und diffusen Wolken oft nicht erkennen konnte, insbesondere in den äußeren Regionen von Galaxien, wo das Gas und der Staub spärlich und damit schwächer werden.
Für einige nahe gelegene Galaxien bedeutete dies, dass Herschel bis zu 30 % des gesamten Staublichts verpasste. Bei einer so großen Lücke hatten Astronomen Mühe, die Herschel-Daten zu verwenden, um zu verstehen, wie sich Staub und Gas in diesen Umgebungen verhalten. Um die Herschel-Staubkarten zu vervollständigen, kombinieren die neuen Bilder Daten von drei anderen Missionen: dem stillgelegten Planck-Observatorium der ESA zusammen mit zwei stillgelegten NASA-Missionen, dem Infrared Astronomical Satellite (IRAS) und dem Cosmic Background Explorer (COBE).
Die Bilder zeigen die Andromeda-Galaxie, auch bekannt als M31; die Triangulum-Galaxie oder M33; und die Große und Kleine Magellansche Wolke – Zwerggalaxien, die die Milchstraße umkreisen und nicht die Spiralstruktur der Andromeda- und Triangulum-Galaxien haben. Alle vier sind innerhalb von 3 Millionen Lichtjahren von der Erde entfernt.
In den Bildern zeigt Rot Wasserstoffgas an, das häufigste Element im Universum. Das Bild der Großen Magellanschen Wolke zeigt einen roten Schweif, der unten links von der Galaxie abgeht, der wahrscheinlich vor etwa 100 Millionen Jahren bei der Kollision mit der Kleinen Magellanschen Wolke entstanden ist. Blasen aus leerem Raum zeigen Regionen an, in denen sich kürzlich Sterne gebildet haben, weil intensive Winde von den neugeborenen Sternen den umgebenden Staub und das Gas wegblasen. Das grüne Licht an den Rändern dieser Blasen weist auf das Vorhandensein von kaltem Staub hin, der sich durch diese Winde angesammelt hat. Wärmerer Staub, blau dargestellt, zeigt an, wo sich Sterne bilden oder wo andere Prozesse den Staub erhitzt haben.
Viele schwere Elemente in der Natur – einschließlich Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen – können an Staubkörnern haften bleiben, und das Vorhandensein verschiedener Elemente verändert die Art und Weise, wie Staub Sternenlicht absorbiert. Dies wiederum wirkt sich auf die Sicht der Astronomen auf Ereignisse wie Sternentstehung aus.
In den dichtesten Staubwolken können fast alle schweren Elemente in Staubkörnern eingeschlossen werden, was das Staub-zu-Gas-Verhältnis erhöht. Aber in weniger dichten Regionen zerschmettert die zerstörerische Strahlung von neugeborenen Sternen oder Schockwellen von explodierenden Sternen die Staubkörner und bringt einige dieser eingeschlossenen schweren Elemente zurück in das Gas, wodurch sich das Verhältnis erneut ändert. Wissenschaftler, die den interstellaren Raum und die Sternentstehung untersuchen, wollen diesen fortlaufenden Zyklus besser verstehen. Die Herschel-Bilder zeigen, dass das Staub-Gas-Verhältnis innerhalb einer einzelnen Galaxie um bis zu einem Faktor 20 variieren kann, weit mehr als bisher angenommen.
„Diese verbesserten Herschel-Bilder zeigen uns, dass die Staub-„Ökosysteme“ in diesen Galaxien sehr dynamisch sind“, sagte Christopher Clark, ein Astronom am Space Science Telescope Institute in Maryland, der die Arbeiten zur Erstellung der neuen Bilder leitete.