Galaktischer Balken ähnelt einem Propeller

  • 22. May 2015

Längliche Struktur im Innern der Milchstraße ist länger, flacher, und erstreckt sich näher zur Sonne als bisher angenommen.

Wissenschaftler am MPI für extraterrestrische Physik haben jetzt mehrere große Stern-Beobachtungsprogramme kombiniert und konnten so die gesamte zentrale Region unserer Galaxie kartieren, die die Mehrzahl ihrer Sterne enthält. Weil der Balken mehr zur Sonne hin ausgerichtet ist, endet er auch näher bei uns: er hat deshalb einen größeren Einfluss auf die Bewegung der Sterne nahe der Sonne. Außerdem wird er flacher mit steigendem Abstand vom Zentrum und ist nahe seinem Ende dermaßen platt, dass die Wissenschaftler ihn dort „super-flach“ nennen. Wahrscheinlich besteht diese vorher unbekannte Komponente aus jüngeren Sternen, die vor etwa einer Milliarde Jahren mit geringen Geschwindigkeiten entstanden.

Diese Darstellung zeigt die Oberflächendichte der Sterne in der Milchstraße von der Sonne aus gesehen, zusammengesetzt aus den Daten von drei der Beobachtungsprogramme und extinktionskorrigiert. Der Bulge ist die verbreiterte Region in der Nähe des Zentrums; leicht asymmetrisch aufgrund des intrinsischen Balkens. Die Asymmetrie in der Scheibe auf der linken Seite des Bildes wird durch den flacheren, langen Balken außerhalb des Bulge verursacht.

Abb.: Diese Darstellung zeigt die Oberflächendichte der Sterne in der Milchstraße von der Sonne aus gesehen, zusammengesetzt aus den Daten von drei der Beobachtungsprogramme und extinktionskorrigiert. Der Bulge ist die verbreiterte Region in der Nähe des Zentrums; leicht asymmetrisch aufgrund des intrinsischen Balkens. Die Asymmetrie in der Scheibe auf der linken Seite des Bildes wird durch den flacheren, langen Balken außerhalb des Bulge verursacht. (Bild: MPE)

Die Milchstraße gut zu kartieren ist schwierig: Die Sonne befindet sich nahe den Spiralarmen in der galaktischen Scheibe, so dass dichte Gas- und Staubwolken die Sicht auf das Zentrum verdecken. Für die jetzige Studie wurden deshalb vier große Beobachtungsprogramme unserer Galaxie gemeinsam untersucht: UKIDSS, VVV, 2MASS, und GLIMPSE. Diese vier Projekte sammelten ihre Daten im Nahinfrarot-Wellenlängenbereich, für den die galaktischen Staubwolken durchlässiger sind.

Durch Kombination dieser Beobachtungsprogramme konnten die Wissen­schaftler eine staubkorrigierte Ansicht der Stern­verteilung in Richtung des Zentrums der Milchstraße erstellen. Die Asymmetrie in dieser Abbildung wird durch die balken­förmige Form der Zentral­region verursacht, sowohl des Balkens wie des „Bulge“, der länglichen Verdickung im Zentrum der Milchstraße. Beide Komponenten sind so orientiert, dass ihr nahes Ende näher bei der Sonne liegt.

Das Bild oben zeigt das Milchstraßenmodell in Aufsicht, das die Abstände und Positionen der Sterne aus Abbildung 1 am besten widerspiegelt. Der zentrale Bulge und der längere Balken sind als eine zusammenhängende Struktur erkennbar. Das untere Bild zeigt dasselbe Modell in einer Seiten-Ansicht. Die hier sichtbare charakteristische Form des Bulges lässt sich auch in anderen Balkenspiralgalaxien beobachten. (Bild: MPE)

Abb.: Das Bild oben zeigt das Milch­straßen­modell in Aufsicht, das die Abstände und Positionen der Sterne am besten widerspiegelt. Der zentrale Bulge und der längere Balken sind als eine zusammen­hängende Struktur erkennbar. Das untere Bild zeigt dasselbe Modell in einer Seiten-Ansicht. Die hier sichtbare charakte­ristische Form des Bulges lässt sich auch in anderen Balken­spiral­galaxien beobachten. (Bild: MPE)

„Die Beobachtungsprogramme der letzten Jahre mit den neuen Messungen in der Balkenregion sind von unschätzbarem Wert, weil sie den Staub auf einer viel größeren Fläche durchdringen als je zuvor“, erklärt Christopher Wegg. „Somit ermöglichen sie uns, vollständige Karten von Balken und Bulge der Milch­straße zu erstellen.“

Diese Daten wurden dann in der Studie mit Modellgalaxien unter­schied­licher Formen verglichen. Anders als in bisherigen Studien haben der Balken außerhalb des Bulge und der zentrale Bulge die gleiche Orientierung. Zusammen mit der Tatsache, dass der Bulge langsam und stetig in den Balken übergeht, führt dies die Wissenschaftler zu der Schluss­folgerung, Bulge und Balken müssten zusammen eine einzige, verbundene Struktur bilden.

„Früher dachte man, dass der Bulge und der Balken zwei unter­schiedliche Komponenten der Milchstraße seien – unsere neue Studie zeigt nun aber, dass sie tatsächlich der innere und äußere Teil ein und derselben Struktur sind,“ führt Ortwin Gerhard aus, Leiter der MPE-Gruppe zur Galaxiendynamik. „Damit bleibt wenig Unter­stützung dafür, dass der Bulge der Milchstraße aus einer frühen Periode vor der Bildung der Galaktischen Scheibe stammt“.

Ansicht der Milchstraße am südlichen Himmel. Man kann deutlich die galaktische Scheibe und die verbreiterte Zentralregion erkennen, den Bulge; die Schwankungen in der Sterndichte entstehen durch die Absorption von dazwischen liegendem Staub. Das galaktische Zentrum selbst ist durch dichte Gas- und Staubwolken verdeckt. (Bild: S. Brunier)

Abb.: Ansicht der Milchstraße am südlichen Himmel. Man kann deutlich die galaktische Scheibe und die verbreiterte Zentralregion erkennen, den Bulge; die Schwankungen in der Sterndichte entstehen durch die Absorption von dazwischen liegendem Staub. Das galaktische Zentrum selbst ist durch dichte Gas- und Staubwolken verdeckt. (Bild: S. Brunier)

Außerdem liegt der Balken den neuen Ergebnissen zufolge genau in der mittleren Ebene unserer Galaxie, mit einer Abweichung von nur 0,1 Prozent – 15 Lichtjahre über die gesamten Ausdehnung von 15.000 Lichtjahren. Die Wissen­schaftler waren selbst überrascht, die Ausrichtung des Balkens relativ zur Sonnenbahn so genau messen zu können, und wie wenig das Zentrum der Milch­straße gestört erscheint. Sie müssen deshalb zurück zu ihren Galaxien­entstehungs­modellen gehen um herauszu­finden, ob sie diese Ergeb­nisse reproduzieren können.

MPE / OD

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