Tiefenbildgebungstechniken zeigen, dass Galaxien viel größer sind als bisher angenommen

Wenn diese Galaxie typisch ist, dann Studieheute veröffentlicht in Naturastronomieweist darauf hin, dass unsere Galaxie bereits mit ihrem nächsten Nachbarn, Andromeda, interagiert.

Wo endet eine Galaxie und wo beginnt der Weltraum? Das scheint eine einfache Frage zu sein, bis man sich das Gas genauer ansieht, das Galaxien umgibt und als zirkumgalaktische Medium bezeichnet wird.

Der Gashalo, der die Sternscheibe umgibt, macht etwa 70 % der Masse der Galaxie aus (die dunkle Materie ausgenommen), war aber bis jetzt ein Rätsel. Bisher konnten wir das Gas nur beobachten, indem wir das Licht eines Hintergrundobjekts wie eines Quasars maßen, das vom Gas absorbiert wird.

Dadurch wird die Abbildung der Wolke auf einen bleistiftähnlichen Strahl beschränkt.

In einer neuen Studie wurde nun jedoch das zirkumgalaktische Medium einer 270 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie beobachtet, in der es zahlreiche Sterne gibt. Mithilfe neuer Tiefenbildgebungstechniken war es dem Forscher gelungen, die leuchtende Gaswolke außerhalb der Galaxie – soweit das Auge reichte – 100.000 Lichtjahre im Weltall zu erkennen.

Um sich die gewaltigen Ausmaße dieser Gaswolke vorzustellen, muss man bedenken, dass sich das Sternenlicht der Galaxie – das, was wir normalerweise als Scheibe betrachten – nur 7.800 Lichtjahre von ihrem Zentrum aus erstreckt.

Die aktuelle Studie beobachtete die physikalische Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff vom Zentrum der Galaxie bis weit ins All und zeigte, dass sich die physikalischen Bedingungen des Gases veränderten.

„Wir haben es überall gefunden, wo wir gesucht haben, was wirklich aufregend und irgendwie überraschend war“, sagt Associate Professor Nikole M. Nielsen, Hauptautorin des Artikels und Forscherin an der Swinburne University sowie bei ASTRO 3D und Assistenzprofessorin an der University of Oklahoma.

Weitere Autoren des Artikels kamen von Swinburne, der University of Texas in Austin, dem California Institute of Technology, Pasadena, der University of California, San Diego, und der Durham University.

„Wir sehen jetzt, wo der Einfluss der Galaxie aufhört, den Übergang, bei dem sie Teil ihrer Umgebung wird und schließlich, wo sie sich mit dem größeren kosmischen Netz und anderen Galaxien verbindet. Das sind alles normalerweise unscharfe Grenzen“, sagt Dr. Nielsen.

„Aber in diesem Fall scheinen wir in dieser Galaxie eine ziemlich klare Grenze zwischen ihrem interstellaren Medium und ihrem zirkumgalaktischen Medium gefunden zu haben.“

Im Rahmen der Studie wurde beobachtet, wie Sterne innerhalb der Galaxie Gas mit ihren Photonen ionisieren.

„Im CGM wird das Gas durch etwas anderes erhitzt als durch die typischen Bedingungen innerhalb von Galaxien. Dazu gehört wahrscheinlich auch die Erwärmung durch die diffusen Emissionen der Galaxiengemeinschaft im Universum und möglicherweise tragen auch Schockwellen dazu bei“, sagt Dr. Nielsen.

„Es ist diese interessante Veränderung, die wichtig ist und einige Antworten auf die Frage liefert, wo eine Galaxie endet“, sagt sie.

Die Entdeckung wurde durch den Keck Cosmic Web Imager (KCWI) am 10-Meter-Keck-Teleskop auf Hawaii möglich, der über einen integrierten Feldspektrographen verfügt und eines der empfindlichsten derzeit in Betrieb befindlichen Instrumente seiner Art ist.

„Diese einzigartigen Beobachtungen erfordern den sehr dunklen Himmel, der nur am Keck-Observatorium auf Mauna Kea verfügbar ist“, sagte eine der Autorinnen des Artikels, Swinburnes außerordentliche Professorin Deanne Fisher.

ASTRO 3D-Wissenschaftler erhielten über die Swinburne University Zugang zu KCWI.

„Swinburnes Partnerschaft mit dem WM Keck Observatory hat es unserem Team ermöglicht, die Grenzen des Möglichen wirklich zu erweitern“, sagt ein weiterer Autor, Associate Professor Glenn Kacprzak. „KCWI hat die Art und Weise, wie wir das diffuse Gas um Galaxien messen und quantifizieren können, wirklich verändert.“

Dank des Instruments müssen die Wissenschaftler nicht mehr eine einzelne Beobachtung durchführen, die ein einzelnes Spektrum des Gases in der Galaxie liefert, sondern können nun mit einem einzigen Bild von KCWI Tausende von Spektren gleichzeitig erhalten.

„Es ist das allererste Mal, dass es uns gelungen ist, ein Foto dieses Materiehalos um eine Galaxie aufzunehmen“, sagt Professor Emma Ryan-Weber, die Direktorin von ASTRO 3D.

Die Studie fügt ein weiteres Teil zum Puzzle einer der großen Fragen der Astronomie und der Galaxienentwicklung hinzu: Wie entwickeln sich Galaxien? Woher bekommen sie ihr Gas? Wie verarbeiten sie dieses Gas? Wohin geht das Gas?

„Das zirkumgalaktische Medium spielt eine große Rolle bei diesem Kreislauf des Gases“, sagt Dr. Nielsen. „Da wir nun verstehen, wie das CGM um Galaxien unterschiedlichen Typs aussieht – solche, in denen Sterne entstehen, solche, in denen keine Sterne mehr entstehen, und solche, die sich im Übergang zwischen beiden befinden – können wir Unterschiede in diesem Gas beobachten, die möglicherweise die Unterschiede innerhalb der Galaxien selbst verursachen, und Veränderungen in diesem Reservoir könnten tatsächlich die Veränderungen in der Galaxie selbst verursachen.“

Die Studie steht in direktem Zusammenhang mit der Mission von ASTRO 3D. „Sie hilft uns zu verstehen, wie Galaxien im Laufe der Zeit Masse aufbauen“, sagt Professor Ryan-Weber.

Die Erkenntnisse könnten auch Auswirkungen auf die Art und Weise haben, wie verschiedene Galaxien interagieren und wie sie sich gegenseitig beeinflussen.

„Es ist sehr wahrscheinlich, dass sich die CGMs unserer eigenen Milchstraße und Andromeda bereits überlappen und interagieren“, sagt Dr. Nielsen.