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Presseinformation
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
9. Mai 2011
Auf frischer Tat ertappt: Herschel entdeckt gigantische Stürme, die ganze
Galaxien leerfegen
Mit dem PACS-Instrument an Bord des Herschel-Weltraumobservatoriums haben Astronomen
am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik riesige Sturmwolken aus molekularem
Gas nachgewiesen, die in den Zentren vieler Galaxien toben - mit Windgeschwindigkeiten von
teilweise mehr als 1000 Kilometern pro Sekunde, also viele tausendmal höher als bei
Wirbelstürmen auf der Erde. Die Beobachtungen zeigen, dass Galaxien mit den aktivsten
Kernen die stärksten Winde haben, die den gesamten Gasnachschub einer Galaxie wegblasen
können und so sowohl der weiteren Sternentstehung als auch dem Anwachsen des Schwarzen
Lochs im Zentrum einen Riegel vorschieben. Dieses Ergebnis ist der erste systematische
Nachweis der Bedeutung galaktischer Winde
für die Entwicklung von Galaxien.
Weit entfernte Galaxien im frühen Universum
zeigen viel mehr Aktivität als unsere Milchstraße
heute. Erklärt wird dies in gängigen
Entwicklungsmodellen dadurch, dass gasreiche
Galaxien verschmelzen, was nicht nur zu
erhöhter Sternentstehung führt (so genannte
"Starburst"-Galaxien) sondern auch das
Schwarze Loch im Zentrum anwachsen lässt.
Plötzlich hört diese erhöhte Aktivität aber auf; in
nur wenigen Millionen Jahren sinkt die
Sternentstehungsrate rapide und auch das
Schwarze Loch wächst nicht mehr weiter. In
dieser - für kosmische Verhältnisse - kurzen
Zeitspanne müssen gewaltige Mengen
Rohmaterial, etwa eine Milliarde
Sonnenmassen, aus der Galaxie entfernt
werden; doch welche physikalischen Prozesse
sind hierfür verantwortlich?
Diese Illustration zeigt eine sehr leuchtstarke
Infrarot-Galaxie (ULIRG) mit massereichen
Winden aus molekularem Gas.
Bild: ESA/AOES Medialab
Eine Lösung für dieses Rätsel könnten extrem
starke, massereiche Winde sein, die das Gas förmlich aus den Zentren der Galaxien herausblasen.
Angetrieben von neu gebildeten Sternen, den Schockfronten von Sternexplosionen oder auch dem
Schwarzen Loch im Zentrum einer Galaxie könnten sie den Gasnachschub praktisch vollständig aus
einer Galaxie entfernen und so genau die Aktivitäten zum Erliegen bringen, durch die sie überhaupt
erst entstanden sind.
"Dass Galaxien molekulares Gas - und damit das Rohmaterial für die Sternentstehung - in gewaltigen
Winden regelrecht wegblasen, ist ein essentieller Bestandteil in den Modellen zur Galaxienentstehung
und -entwicklung, aber vor unseren Beobachtungen gab es keine eindeutigen Beweise dafür", erklärt
Eckhard Sturm vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE). Ein internationales
Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Sturm beobachtete einige besonders leuchtkräftige
Infrarot-Galaxien mit dem PACS-Instrument an Bord des Herschel-Weltraumobservatoriums und
entdeckte dabei die starken Winde aus kaltem, molekularem Gas. Bisherige Beobachtungen
beschränkten sich weitgehend auf neutrales und ionisiertes Gas, das nicht direkt an der
Sternentstehung beteiligt ist.
"Mit diesem Nachweis von starken galaktischen Winden, die das kalte, molekulare Gas aus der
Galaxie entfernen, können wir endlich direkt ihren Einfluss auf die Entstehung von Sternen
beobachten", ergänzt Sturm. "Der Nachschub für weitere Sternentstehung gerät damit sehr schnell ins
Stocken - die Winde blasen bis zu tausend Sonnenmassen pro Jahr aus den Zentren der Galaxien
heraus."
Diese Beobachtungen zeigen damit
nicht nur einen Zwischenschritt in der
Galaxienentwicklung, von
Scheibengalaxien mit vielen jungen
Sternen und einem hohen Gasanteil
hin zu elliptischen Galaxien mit alten
Sternpopulationen und wenig Gas. Sie
erklären auch eine weitere empirische
Beobachtung: Die Masse des
Schwarzen Lochs im Zentrum einer
Galaxie und die Masse der Sterne im
inneren Bereich der Galaxie scheinen
korreliert zu sein. Eine solche
Korrelation wäre eine natürliche Folge
der jetzt gefundenen galaktischen
Winde, da diese das gemeinsame
Gasreservoir entfernen und somit
sowohl die Sternentstehung als auch
das Wachstum des Schwarzen Lochs
unterbinden.
"Die Empfindlichkeit von Herschel
erlaubt es uns zum ersten Mal diese
gewaltigen galaktischen Stürme
nachzuweisen", sagt Mitautor Albrecht
Poglitsch, der die Entwicklung des
PACS-Instruments am MPE leitete.
"Damit können wir nun auch zeigen,
dass sie stark genug sein könnten, um
die weitere Produktion von Sternen
komplett einzustellen."
Schematische Darstellung, wie die Winde aus molekularem
Gas in den Spektren von Galaxien mit Herschel-PACS
nachgewiesen werden können. Hierbei wird insbesondere
die Spektrallinie des Hydroxyl-Moleküls (OH) benutzt, das
einen sehr charakteristischen "Fingerabdruck" hat. Dabei
überlagern sich die Emission der Akkretionsscheibe des
Schwarzen Lochs und die der Gaswolken selbst: Die
Stahlung aus dem galaktischen Zentrum scheint durch die
Gaswolken entlang der Sichtlinie, in denen das OH-Molekül
das Licht absorbiert - und da sich diese Wolken auf uns zu
bewegen, sind diese Absorptionslinien blau-verschoben.
Gleichzeitig emittieren alle Gaswolken die OH-Linie,
insbesondere diejenigen, die nicht genau auf der Sichtlinie
zum Schwarzen Loch liegen, und bewegen sich dabei von
uns weg, so dass uns ihr Licht rot-verschoben erreicht.
Bild: ESA/AOES Medialab
Die Beobachtungen reichen noch nicht
aus, die treibende Kraft hinter diesen
Winden definitiv zu bestimmen.
Allerdings scheint es zwei Kategorien
zu geben: Galaxien mit starker Sternentstehung ("Starburst"-Galaxien) verlieren bis zu einigen hundert
Sonnenmassen an Gas pro Jahr, einer Menge, die ungefähr auch ihrer Sternentstehungsrate
entspricht. Mit Geschwindigkeiten von einigen hundert Kilometern pro Sekunde werden diese Winde
wahrscheinlich vom Strahlungsdruck der Sterne und Sternexplosionen angetrieben. Galaxien, die
durch das Schwarze Loch in ihrem Zentrum dominiert werden, verlieren sehr viel mehr Material, bis zu
tausend Sonnenmassen pro Jahr und mehr; ihre Winde mit Geschwindigkeiten von etwa tausend
Kilometern pro Sekunde werden wahrscheinlich hauptsächlich durch den Strahlungsdruck des aktiven
Galaxienkerns verursacht. Um diese ersten Ergebnisse zu bestätigen und andere Eigenschaften der
Winde zu klären, werden die Herschel-PACS Beobachtungen bei einer größeren Anzahl Galaxien
fortgesetzt.
Anmerkungen:
Geleitet vom MPE in Garching, wurde PACS durch ein Konsortium entwickelt, dem auch folgende
Institute angehören: UVIE (Österreich); KU Leuven, CSL, IMEC (Belgien); CEA, LAM (Frankreich);
MPIA (Deutschland); INAF-IFSI/OAA/OAP/OAT, LENS, SISSA (Italien); IAC (Spanien). Diese
Instrumentenentwicklung wurde gefördert durch BMVIT (Österreich), ESA-PRODEX (Belgien),
CEA/CNES (Frankreich), DLR (Deutschland), ASI/INAF (Italien), und CICYT/MCYT (Spanien).
Originalveröffentlichung :
Massive molecular outflows and negative feedback in ULIRGs observed by HerschelPACS
Sturm E. et al.
ApJL, Vol. 733, page L16 (2011)
Kontakt :
Dr. Hannelore Hämmerle
Pressesprecherin
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Tel.: +49 89 30000-3980
E-Mail: [email protected]
Dr. Eckhard Sturm
Infrarot-/Submillimeter-Astronomie Gruppe
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Tel.: +49 89 30000-3806
E-Mail: [email protected]
Dr. Albrecht Poglitsch
Infrarot-/Submillimeter-Astronomie Gruppe
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Tel.: +49 89 30000-3293
E-Mail: [email protected]
MPE Webseiten:
http://www.mpe.mpg.de/main-d.html