Radiobeobachtungen zeigen ein komplexes Szenario in der Wechselwirkung von Sternentstehung und dem interstellaren Medium in Messier 33
Studien zur Wechselwirkung zwischen Sternentstehung und dem interstellaren Medium sind wichtig für das Verständnis der Entwicklung von Galaxien. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Fatemeh Tabatabaei hat in Zusammenarbeit mit mehreren Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn hochaufgelöste Radiobeobachtungen der Nachbargalaxie Messier 33 in der Lokalgruppe mit der Karl G. Jansky Very Large durchgeführt . Array (VLA) in New Mexico. Die Ergebnisse zeigen, dass bei M33 ein direkter Zusammenhang zwischen molekularem Gas und Sternentstehung besteht. Die Geburt massereicher Sterne verstärkt das Magnetfeld und erhöht die Anzahl der hochenergetischen Elektronen der kosmischen Strahlung, was wiederum die Entstehung galaktischer Winde und Abflüsse erleichtern kann.
Künstlerische Darstellung von Winden, die von kosmischen Strahlen angetrieben werden (blau und grün), überlagert mit einem optischen Bild der dreieckigen Galaxie M 33 (rot und weiß) aus Beobachtungen mit dem VLT Survey-Teleskop am Paranal-Observatorium der ESO in Chile.
© Institut für Grundlagenforschung (IPM) und Europäisches Observatorium des Südens (ESO)
Künstlerische Darstellung von Winden, die von kosmischen Strahlen angetrieben werden (blau und grün), überlagert mit einem optischen Bild der dreieckigen Galaxie M 33 (rot und weiß) aus Beobachtungen mit dem VLT Survey-Teleskop am Paranal-Observatorium der ESO in Chile.
© Institut für Grundlagenforschung (IPM) und Europäisches Observatorium des Südens (ESO)
Galaxien sind Systeme aus wechselwirkenden Sternen und interstellarem Gas. Beobachtungen zeigen, dass Galaxien heute weniger Sterne bilden als früher. Da für die Sternentstehung kaltes Gas benötigt wird, bringen Modellrechnungen die Verlangsamung dieses Prozesses und die beobachtete Entwicklung von Galaxien mit galaktischen Winden in Verbindung, die das kalte Gas wegtragen.
Galaktische Winde entstehen in den Scheiben von Galaxien und erstrecken sich in den Halo und das intergalaktische Medium; Sein Ursprung wird jedoch immer noch diskutiert. Supernova-Explosionen und aktive galaktische Kerne (AGN) können starke Winde antreiben. Ihre Rolle bei der Verhinderung der Sternentstehung wird durch die Tatsache konterkariert, dass Gas aus ihren Winden in die Scheibe der Galaxie zurückfallen und die Entstehung neuer Sterne auslösen kann. Dank detaillierter neuer Radiobeobachtungen mit dem Karl G. Jansky Very Large Array hat ein internationales Forscherteam Hinweise auf kosmische Strahlung als alternative Ursache galaktischer Winde gefunden: in unserer Nachbargalaxie M 33 im Sternbild Triangulum in einer Entfernung von 2,7 Million. Lichtjahre von der Erde entfernt. Diese Galaxie enthält etwa 23-mal weniger Masse als die Milchstraße.
Kosmische Strahlung besteht aus hochenergetischen Teilchen, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen. Sie können den Druck im interstellaren Medium erhöhen, Ausströmungen verursachen und die Struktur einer ganzen Galaxie verändern. Frühere Studien haben bereits auf die Bedeutung von durch kosmische Strahlung angetriebenen Winden bei der Bildung von Blasen in der Milchstraße und den Andromeda-Galaxien hingewiesen, die mehrere tausend Lichtjahre groß sind.
“Dies ist das erste Mal, dass wir Hinweise auf solche Winde in einer sternenbildenden Spiralgalaxie mit geringer Masse wie M33 gefunden haben”, sagt Fatemeh Tabatabaei, die Hauptforscherin der vorliegenden Studie. „Diese Beweise ergaben sich aus einem Widerspruch, als wir herausfanden, dass Elektronen der kosmischen Strahlung in Regionen, in denen das Magnetfeld auch stärker ist, energiereicher sind. „In einem starken Magnetfeld würde man erwarten, dass Elektronen der kosmischen Strahlung aufgrund der stärkeren Synchrotronstrahlung Energie verlieren.“
Tabatabaei forschte bereits im Rahmen seiner 2008 abgeschlossenen Promotion am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) unter der Leitung von Studien-Co-Autor Rainer Beck.
Das obige Paradoxon kann aufgelöst werden, indem man die Struktur des Magnetfelds in der Galaxie betrachtet. In Sternentstehungsgebieten wird das Magnetfeld aufgrund der turbulenten Bewegung des Gases durch die Wirkung eines Dynamomechanismus verstärkt, der kinetische Energie in magnetische Energie umwandelt. Die resultierenden Feldlinien sind stark miteinander verflochten. „Der Dynamoeffekt ist ein mächtiger Mechanismus, der überall im Universum wirkt: in Sternen, Planeten, Galaxien und sogar in riesigen intergalaktischen Gaswolken“, sagt Rainer Beck.
„Diese turbulente Struktur des Magnetfelds hilft der kosmischen Strahlung, sich über größere Bereiche auszubreiten, bevor sie ihre Energie durch die Abkühlung des Synchrotrons im Magnetfeld verlieren. Hochenergetische kosmische Strahlung kann sich leicht mit dem Gas- und Plasmahintergrund verbinden und Bereiche mit hohem Druck erzeugen „Das daraus resultierende Druckungleichgewicht zwischen der Scheibe und den äußeren Schichten des Halo verursacht die Erzeugung von Winden“, fügt Fatemeh Tabatabaei hinzu.
Die aktuelle Studie zeigt, dass Winde, die von kosmischer Strahlung angetrieben werden, in den meisten Galaxien eine Rolle spielen können, insbesondere in solchen mit relativ geringer Masse, aber aktiver Sternentstehung, wie M 33. Dies sind viel häufigere Systeme im Kosmos als massereiche Galaxien. Daher könnten auch durch kosmische Strahlung angetriebene Winde ursprünglich eine wichtige Rolle beim Gasabbau in früheren Epochen gespielt haben, da sie zu dieser Zeit aufgrund größerer Sternentstehungsaktivität noch stärker waren.
„Um diese Ergebnisse zu bestätigen und die Untersuchung auf frühere Zeiten im Universum auszudehnen, sind detaillierte Radiobeobachtungen von weiter entfernten Galaxien erforderlich, die mit zukünftigen empfindlichen Radioteleskopen wie dem Next Generation Very Large Telescope und dem SKA Observatory möglich sein werden.“ sagt Karl Menten, Direktor des MPIfR und Leiter der Forschungsabteilung Millimeter- und Submillimeter-Astronomie, ebenfalls Co-Autor der Studie.