19.07.2015
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M 87 - Nimmersatt

Wie kommt eine Galaxie zu ihrem Namen? Zum Beispiel indem der französische Astronom Charles Messier sie als 87stes Nebelobjekt in seinen in den Jahren 1764 bis 1782 erstellten Katalog aufnimmt. Nebel deswegen, weil mit den damaligen Teleskopen M 87 nur als diffuser, strukturloser, heller Fleck zu erkennen war. Heute weiß man mehr über M 87. So zählt die im Zentrum des Galaxienhaufens Virgo gelegene, 54 Millionen Lichtjahre entfernte elliptische Galaxie zu den größten in unserer kosmischen Nachbarschaft. Am Himmel überspannt sie eine Fläche von 8,3 mal 6,6 Bogenminuten, entsprechend einem mittleren Durchmesser von 120.000 Lichtjahren. Doch selbst 500.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt findet man noch zu M 87 gehörende Sterne. Da elliptische Galaxien im Vergleich mit Spiralgalaxien ein vielfach größeres Volumen haben, ist auch die Masse von M 87 entsprechend groß: rund 1,5 Billionen Sonnenmassen innerhalb eines Radius von 60.000 Lichtjahren! Die Menge an Dunkler Materie im Halo von M 87 ist da noch gar nicht mitgerechnet.

Ellipt. Galaxie M 87

 Credit: Chris Mihos (Case Western Reserve University)/ESO

 

Beeindruckend ist auch die Anzahl an Kugelsternhaufen, diese kugelförmigen Ansammlungen einiger 10.000 bis ein paar Millionen durch die Gravitationskraft aneinander gebundener Sterne. Während sich im Halo der Milchstraße etwa 200 tummeln, sind es bei M 87 rund 12.000. Die meisten der auf dem Bild um den zentralen Kern zu sehenden hellen Punkte sind daher Kugelsternhaufen. Und um dem Ganzen die Krone aufzusetzen, lauert im Zentrum der Galaxie auch noch ein supermassives Schwarzes Loch von 6,6 Milliarden Sonnenmassen. Der von dem Loch ausgehende, eng gebündelte Materie-Jet bohrt sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit 5000 Lichtjahre weit hinaus in das interstellare Medium.

 

Materie Jet von M 87Credit: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

 

Vor kurzem hat nun eine Gruppe von Astronomen am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München M 87 des Kannibalismus überführt. Die Wissenschaftler kamen zu dem Ergebnis, dass M 87 im Zeitraum der letzten Jahrmilliarde eine ganze Galaxie zerrissen und sich schließlich komplett einverleibt hat. Dass Galaxien wachsen, indem sie mit kleineren Exemplaren verschmelzen, darüber sind sich die Astronomen einig. Den Nachweis zu führen ist jedoch nicht einfach. Denn die Sterne des „Opfers“ vermischen sich, wie die Forscher bildhaft beschreiben, mit den Sternen der größeren Galaxie wie das Wasser, das aus einem Glas in einen Teich gegossen wird. Es mischt sich mit dem Teichwasser, ohne eine Spur zu hinterlassen. Der Versuch, von der verschluckten Galaxie stammende Sterne ausfindig zu machen, ist daher wenig sinnvoll. Konzentriert man sich jedoch auf Planetare Nebel (PN), sieht die Sache besser aus. Planetare Nebel, Relikte ausgebrannter Sterne mit einer Anfangsmasse kleiner als acht Sonnenmassen, entstehen, wenn die vom Stern am Ende seines Lebens in den Raum geblasene Gashülle von der Strahlung eines Weißen Zwerges zu intensivem Leuchten angeregt wird. Im Gewusel der Sterne sind diese „Leuchtfeuer“ klar zu erkennen.

Im Halo von M 87, im Bereich jenseits von 50.000 Lichtjahren vom Zentrum, konnten die Forscher 254 PN ausmachen und deren Radialgeschwindigkeiten messen. (Unter Radialgeschwindigkeit versteht man die Geschwindigkeit eines Objekts längs der Sichtlinie Beobachter – Objekt). Das Ergebnis war verblüffend: Unter den 254 PN fanden sich 54, die zwei streifenförmige Gruppen bilden, die ihrerseits ein Zick-Zack-Muster formen. Die PN der einen Gruppe haben eine größere, die der anderen eine kleinere Radialgeschwindigkeit als die gesamte Galaxie. Relativ zur Bewegung von M 87 kommt also die eine PN-Gruppe auf uns zu, die andere entfernt sich von uns. Die Forscher führen dieses Muster auf eine noch

 

 PN sich annähern bzw. entfernen       Credit: A. Longobardi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik)/C. Mihos (Case Western Reserve University)/ESO

 

unvollständige Vermischung der PN einer verschluckten Galaxie zurück. Anhand der Verteilung und der Radialgeschwindigkeiten der PN in den beiden Gruppen konnten die Forscher sogar erkennen an welcher Seite der elliptischen Galaxie die Verschmelzung mit der „Beutegalaxie“ einsetzte und welchen Weg deren Bestandteile innerhalb der Struktur von M 87 nahmen.

Dafür, dass sich M 87 tatsächlich eine ganze Galaxie einverleibt hat, stehen noch zwei weitere Beobachtungen. Zum einen konnten die Wissenschaftler eine kleine Inhomogenität der Elliptizität von M 87 nachweisen, die immer dann zu erwarten ist, wenn zusätzliche Materie aufgenommen wird. Zum anderen zeichnete sich in einem gewissen Bereich im Halo von M 87 ein deutlicher Helligkeitsüberschuss relativ zur Grundhelligkeit ab. Auch das ein Indiz für zusätzliche junge, helle Sterne in diesem Areal.

          In der Zusammenschau der Ergebnisse kommen die Forscher zu dem Schluss, dass M 87 im Zeitraum der letzten Jahrmilliarde eine ganze Galaxie, vielleicht sogar einer Spiralgalaxie verschluckt hat. Die Daten erlauben es sogar, die Masse der Galaxie anzugeben: sechs Milliarden Sonnenmassen, was etwa sechs Prozent der Masse unserer Milchstraße entspricht. - Insgesamt ist diese Arbeit eine schöne Bestätigung der Theorie, wie Galaxien wachsen.

 

Hintergrundinformation zum Autor: Jörn Müller

Jörn Müller ist Physiker und hat am Deutschen Elektronensynchrotron "DESY" auf dem Gebiet Festkörperphysik promoviert. Er arbeitete in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen im Bereich Optik und Elektrofotografie und an der Entwicklung von Hochenergielasern. Nach seinem Studium der Astronomie hat er eine Reihe von Sachbüchern veröffentlicht im Bereich Astronomie und Kosmologie.

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