Astronomen messen die „Herzschläge“ von Sternen in einer entfernten Galaxie

Die riesige elliptische Galaxie M87 ist die dominierende Galaxie im Zentrum des benachbarten Virgo-Galaxienhaufens. Astronomen haben mit Hubble-Daten die "Herzschläge" einzelner Sterne in der Galaxie gemessen und so das Alter der Galaxie bestimmt. (NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team)
Die riesige elliptische Galaxie M87 ist die dominierende Galaxie im Zentrum des benachbarten Virgo-Galaxienhaufens. Astronomen haben mit Hubble-Daten die "Herzschläge" einzelner Sterne in der Galaxie gemessen und so das Alter der Galaxie bestimmt. (NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team)

In vielerlei Hinsicht sind Sterne wie lebendige Lebewesen: Sie werden geboren, sie existieren, sie sterben – und sie haben sogar einen „Herzschlag“. Unter Verwendung einer neuen Technik haben Astronomen tausende stellarer „Pulse“ in der Galaxie Messier 87 (M87) registriert. Ihre Messungen bieten eine neue Möglichkeit, das Alter einer Galaxie zu bestimmen.

Wir neigen dazu, Sterne als stabil und unveränderlich zu betrachten. Spät in ihrer Lebensspanne erfahren Sterne wie unsere Sonne jedoch eine dramatische Wandlung. Sie werden sehr hell und blähen sich zu enormer Größe auf, verschlucken dabei sämtliche Planeten, die innerhalb der Entfernung zwischen Sonne und Erde liegen. Gegen Ende ihrer Lebenszeit beginnen sie zu pulsieren, wobei sie ihre Helligkeit alle paar hundert Jahre um einen großen Betrag erhöhen und abschwächen. In unserer Milchstraßen-Galaxie sind viele Sterne bekannt, die sich in diesem Stadium befinden.

Niemand hatte die Auswirkungen dieser Sterne auf das Licht von weiter entfernten Galaxien in Betracht gezogen. Bei entfernten Galaxien wird das Licht jedes pulsierenden Sterns mit dem Licht vieler weiterer Sterne vermischt, die nicht in ihrer Helligkeit variieren.

„Wir erkannten, dass diese Sterne so hell und ihre Pulsationen so stark sind, dass sie schwer zu verbergen sind“, sagte Charlie Conroy, ein Assistenzprofessor an der Harvard University und Astronom am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), der Leiter der Forschungsarbeit. „Wir entschieden uns zu schauen, ob die Pulsationen dieser Sterne registriert werden konnten, auch wenn wir ihr Licht nicht von der Vielzahl der sich nicht verändernden Sterne in ihrer Nachbarschaft trennen konnten.“

Die Astronomen untersuchten die elliptische Galaxie M87, die etwa 53 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Virgo (Jungfrau) liegt. Sie betrachteten eine einmalige Bildserie, die im Verlauf von drei Monaten im Jahr 2007 mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen wurde. Rasch fanden sie, wonach sie gesucht hatten.

„Erstaunlicherweise veränderte sich eines von vier Pixeln mit der Zeit“, sagte Pieter van Dokkum, ein Professor an der Yale University und Vorsitzender des dortigen Fachbereichs für Astronomie. „Wir tendieren dazu, Galaxien als beständige Lichtquellen am Himmel anzusehen, aber tatsächlich ’schimmern‘ sie aufgrund all der riesigen, pulsierenden Sterne in ihnen.“

Die Analyse der Hubble-Daten zeigte, dass sich das durchschnittliche Pixel in einer Zeitspanne von etwa 270 Tagen verändert. Die regelmäßigen Helligkeitsveränderungen nach oben und unten erinnern an einen Herzschlag. „Es ist so, als würden wir den Puls der Galaxie messen“, sagte Conroy.

Ihre Entdeckung bietet eine neue Möglichkeit zur Bestimmung des Alters einer Galaxie, weil die Stärke und die Geschwindigkeit eines galaktischen Herzschlags von ihrem Alter abhängen. Das Team stellte fest, dass M87 rund zehn Milliarden Jahre alt ist – ein Wert, der mit vorherigen Schätzungen anhand von verschiedenen anderen Methoden übereinstimmt. Die Entdeckung stellarer Herzschläge sollte nicht auf M87 begrenzt sein: Jede Galaxie im Universum zeigt wahrscheinlich vergleichbare, einzigartige Muster. Der nächste Schritt ist, den Puls von anderen Galaxien zu messen.

„Unsere Modelle lassen darauf schließen, dass die Pulsationen in jüngeren Galaxien stärker sein werden, und das ist etwas, was wir gerne überprüfen würden“, sagte Jieun Choi, eine Doktorandin an der Harvard University und Co-Autorin der Studie.

Die Galaxien werden noch ein Weilchen „weiterschlagen“. „Ein Herzstillstand wird nicht vor Ablauf der nächsten Billion Jahre erwartet – das ist hundert Mal länger als das Alter des Universums.“

Die Forschungsarbeit wird in deiner Abhandlung mit dem Titel „Ubiquitous time variability of integrated stellar populations“ in der Onlineausgabe des Journals Nature beschrieben. Die Autoren sind Charlie Conroy (CfA), Pieter von Dokkum (Yale University) und Jieun Choi (CfA).

Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) mit Hauptsitz in Cambridge (Massachusetts) ist ein Gemeinschaftsprojekt des Smithsonian Astrophysical Observatory und des Harvard College Observatory. Wissenschaftler aus sechs Forschungsabteilungen untersuchen hier den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.

Quelle: https://www.cfa.harvard.edu/news/2015-25

(THK)

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