Unsere Milchstraßen-Galaxie hat eine elegante Spiralform mit langen Armen voller Sterne, aber wie sie diese Form bekam, hat Wissenschaftlern lange Kopfzerbrechen bereitet. Neue Beobachtungen einer anderen Galaxie werfen Licht darauf, wie spiralförmige Galaxien wie unsere eigene ihre kultige Gestalt bekommen.
Neuen Daten des Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) zufolge spielen Magnetfelder eine wichtige Rolle bei der Gestaltung dieser Galaxien. Wissenschaftler maßen die Magnetfelder entlang der Spiralarme einer Galaxie mit der Katalogbezeichnung NGC 1068, auch bekannt als M77. Diese Felder werden als Linien dargestellt, die den umkreisenden Spiralarmen eng folgen.
„Magnetfelder sind unsichtbar, aber sie können die Entwicklung einer Galaxie beeinflussen“, sagte Enrique Lopez-Rodriguez, ein Wissenschaftler der University Space Research Association am SOFIA Science Center am Ames Research Center der NASA im Silicon Valley (Kalifornien). „Wir wissen recht gut, wie die Gravitation galaktische Strukturen beeinflusst, aber wir beginnen gerade erst zu lernen, welche Rolle die Magnetfelder spielen.“
Die Galaxie M77 liegt rund 47 Millionen Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Cetus (Walfisch). Sie besitzt ein supermassives aktives Schwarzes Loch in ihrem Zentrum, das doppelt so massereich wie das Schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraßen-Galaxie ist. Die wirbelnden Spiralarme enthalten Staub, Gas und Gebiete mit intensiven Sternentstehungsprozessen, sogenannte Starbursts.
SOFIAs Infrarotbeobachtungen offenbaren, was das menschliche Auge nicht kann: Magnetfelder, die den mit neugeborenen Sternen gefüllten Spiralarmen eng folgen. Das unterstützt die führende Theorie darüber, wie diese Arme in ihre Gestalt gezwungen werden, die sogenannte Dichtewellentheorie. Sie besagt, dass Staub, Gas und Sterne in den Armen keine fixen Positionen haben wie etwa die Blätter eines Ventilators. Stattdessen bewegt sich die Materie entlang der Arme, während die Gravitation sie komprimiert, ähnlich wie Produkte auf einem Förderband.
Die Ausrichtung des Magnetfeldes erstreckt sich über die gesamte Länge der gewaltigen Spiralarme, etwa 24.000 Lichtjahre Durchmesser. Das spricht dafür, dass die Gravitationskräfte, die die Spiralform der Galaxie erschufen, auch ihr Magnetfeld komprimieren, was die Dichtewellentheorie unterstützt. Die Ergebnisse wurden im Astrophysical Journal veröffentlicht.
„Dies ist das erste Mal, dass wir Magnetfelder beobachtet haben, die über so große Entfernungen mit aktuellen Sternentstehungsprozessen in den Spiralarmen ausgerichtet sind“, sagte Lopez-Rodriquez. „Es ist immer spannend, wenn man Beobachtungen hat, die Theorien untermauern.“
Magnetfelder im Universum sind extrem schwer zu beobachten. SOFIAs neuestes Instrument, die High-Resolution Airborne Wideband Camera-Plus oder HAWC+, nutzt ferninfrarotes Licht, um Staubkörnchen im Universum zu beobachten, die sich senkrecht zu Magnetfeldlinien ausrichten. Aus diesen Ergebnissen können Astronomen die Form und Richtung der ansonsten unsichtbaren Magnetfelder ableiten. Ferninfrarotes Licht bietet Schlüsselinformationen über Magnetfelder, weil das Signal nicht durch Emissionen von anderen Mechanismen wie gestreutem, sichtbaren Licht und Strahlung von hochenergetischen Teilchen kontaminiert wird. SOFIAs Fähigkeit, die Galaxie in ferninfraroten Wellenlängen zu untersuchen, insbesondere in der Wellenlänge bei 89 Mikrometern, offenbarte bislang unbekannte Facetten ihrer Magnetfelder.
Weitere Beobachtungen sind erforderlich, um zu verstehen, wie Magnetfelder die Entstehung und Entwicklung anderer Galaxientypen beeinflussen, beispielsweise jene mit irregulären Formen.
SOFIA, das Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, ist eine Boeing 747SP, die ein Teleskop mit einem Hauptspiegeldurchmesser von 106 Zoll trägt. Es ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Das Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley leitet das SOFIA-Programm sowie die wissenschaftlichen und missionsbezogenen Operationen in Zusammenarbeit mit der Universities Space Research Association in Columbia (Maryland) und dem Deutschen SOFIA Institut (DSI) an der Universität Stuttgart. Der Heimatstützpunkt des Flugzeugs ist das Building 703 des Armstrong Flight Research Center der NASA in Palmdale (Kalifornien). Das HAWC+-Instrument wurde von einem Team unter Leitung des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena (Kalifornien) entwickelt und der NASA zur Verfügung gestellt.
(THK)
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