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Wo die kleinen Galaxien herkommen: Kosmische Zusammenstöße zwischen Zwerggalaxien

24.02.2014
Galaxien wachsen, indem sie sich kleinere Galaxien einverleiben oder mit anderen Galaxien verschmelzen.

Jetzt hat eine Gruppe von Astronomen, zu der auch Glenn van de Ven vom Max-Planck-Institut für Astronomie gehört, das bisher kleinste Beispiel für den Überrest einer solchen Galaxienverschmelzung identifiziert: die Zwerggalaxie Andromeda II (AndII), ein Satellit der bekannten Andromeda-Galaxie. Anhand der Bewegung der Sterne in der Galaxie machten die Forscher zwei unterschiedliche Sterngruppen ausfindig: die Sterne der ursprünglichen AndII-Zwerggalaxie und Sterne einer anderen Zwergalaxie, die mit AndII verschmolz.


Künstlerische Darstellung der Verschmelzung zweier Vorläufergalaxien zur Zwerggalaxie Andromeda II.

Bild: N. C. Amorisco & M. Høst (Niels Bohr Institute) and ESO / Digitized Sky Survey 2

Die Entdeckung der kleinsten bekannten Galaxienverschmelzung begann mit einer Anomalie: Eine US-amerikanische Astronomengruppe unter der Leitung von Marla Geha hatte die Geschwindigkeiten von mehr als 700 Sternen in und um AndII gemessen. AndII, so zeigte sich dabei, dreht sich nicht nur sehr viel schneller als andere Galaxien desselben Typs. Sie drehte sich auch auf eine gänzlich ungewöhnliche Weise: Nicht analog zu einem Rad, das sich um seine Achse dreht, sondern in einer Art Taumelbewegung senkrecht zur Symmetrieachse.

Die Anomalie veranlasste die Astronomen dazu, die Daten an drei Kollegen weiterzureichen, die große Erfahrung im Modellieren der Sternbewegungen in Galaxien besitzen: Glenn van de Ven vom Max-Planck-Institut für Astronomy, Wyn Evans von der Universität Cambridge, und Nicola Amorisco von der Universität Kopenhagen.

Amorisco, Evans und van de Ven analysierten die Sterngeschwindigkeiten sorgfältig mit einer von ihnen zuvor entwickelten Methode und fanden eine Erklärung für die anomale Rotation: Bei AndII scheint es sich um den Überrest einer Verschmelzung zweier noch kleinerer Galaxien zu handeln. Die ungewöhnliche Rotation stammt aus jener Phase, in der die kleinere der Zwerggalaxien die größere vor dem Verschmelzen umkreiste.

Van de Ven erklärt: »Durch eine sorgfältige Untersuchung der Bewegungen von mehr als 700 Einzelsternen konnten wir zeigen, dass es sich um zwei unterschiedliche Gruppen von Sternen handelt: Die Sterne der ursprünglichen Zwerggalaxie und Sterne in einem so genannten Sternstrom, einer Art Gürtel aus Sternen, der sich um die Zentralregionen von AndII wickelt.«

Interessanter Weise hatte bereits 2007 eine Untersuchung der Verteilung der Sterne in AndII die Autoren zu der Spekulation geführt, AndII könnte der Überrest einer Galaxienverschmelzung sein – Anhaltspunkt war damals die ungewöhnliche Form einer bestimmten Gruppe sehr alter Sterne in der Galaxie. Die Entdeckung des Sternstroms stellt diese Behauptung auf eine solide Grundlage.

Derartige Sternströme sind die charakteristischen Überreste einer kleineren Galaxie, die von einer größeren Galaxie eingefangen wurde. Man hat solche Ströme in unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, und in einer ganzen Reihe weiterer größerer Galaxien gefunden – aber nie in einer Galaxie mit einer Masse von weniger als einer Milliarde Sonnen. Die Masse von AndII ist deutlich geringer: Sie liegt bei nicht mehr als 10 Millionen Sonnen. Amorisco sagt: »Bislang haben Astronomen lediglich Spuren der späteren Stadien der Galaxienevolution gefunden – Fälle, in denen mindestens eine der beteiligten Galaxien bereits recht massereich und damit ihrerseits aus einer Serie früherer Verschmelzungen hervorgegangen war. Dies hier ist das erste Beispiel für eine Verschmelzung in einer sehr kleinen Galaxie.«

Van de Ven fügt hinzu: »In dem allgemein akzeptierten Modell der Galaxienentwicklung ist dies der Anfang der Wachstumskette: kleine Zwerggalaxien, die mit noch kleineren Zwergen verschmelzen. Aber bis jetzt hatte noch nie jemand ein Beispiel für eine Verschmelzung derart leichter Galaxien gefunden.«

Amorisco, Evans und van de Ven hoffen, dass die nächsten Entdeckungen dieser Art nicht lange auf sich warten lassen. Van de Ven sagt: »Wir wissen, dass andere Astronomen über ähnliche Beobachtungsdaten für Zwerggalaxien verfügen. Mit unserer Untersuchungsmethode sollte es möglich sein, auch in diesen anderen Daten nach Sternströmen zu suchen. Und vielleicht finden wir dabei ja sogar noch leichtere Verschmelzungsprodukte?« Aber selbst das jetzt veröffentlichte eine Beispiel ist ein guter Hinweis darauf, dass die herkömmlichen Modelle der Galaxienentwicklung so falsch mit ihrer Erklärung nicht liegen, wo die kleine(re)n Galaxien herkommen.

Kontakt

Glenn van de Ven (Koautor)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Heidelberg
Telefon: (+49|0) 6221 – 528 275
E-Mail: glenn@mpia.de

Markus Pössel (Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Heidelberg
Telefon: (+49|0) 6221 – 528 261
E-Mail: pr@mpia.de

Hintergrundinformationen

Die hier beschriebene Arbeit wurde am 23.2.2014 online veröffentlicht als N. C. Amorisco (University of Copenhagen), N. W. Evans (University of Cambridge) and G. van de Ven (Max Planck Institute for Astronomy), »Kinematic detection of a stellar stream in the galaxy Andromeda II« in der Fachzeitschrift Nature.

Nach Ende der Sperrfrist wird der Artikel hier online stehen: http://dx.doi.org/10.1038/nature12995

Vor Ende der Sperrfrist ist der Artikel über den geschützten Journalistenbereich auf http://www.nature.com abrufbar.

Zusatzinformationen

Die hier beschriebene Arbeit ist eine Reanalyse von Beobachtungsdaten, die mit dem DEIMOS-Spektrografen am Keck-Observatorium von Ho, Geha, Munoz et al. 2012 gewonnen wurden. Die Untersuchung konzentriert sich auf die Radialgeschwindigkeiten von mehr als 700 Einzelsternen in und um Andromeda II. Darunter gibt es eine Gruppe von Sternen, deren Bewegung geordneter ist ("kinematisch kälter") als für den Rest – so, wie man es für einen Sternström in AndII erwarten würde, also das Überbleibsel einer kleineren Galaxie, die mit der ursprünglichen Galaxie AndII verschmolzen ist. Insgesamt weist das Bewegungsmuster der Sterne und insbesondere der geringe Anteil an ungeordneter Bewegung der Sterne darauf hin, dass es sich nicht um eine Störung durch den Vorbeiflug einer anderen Galaxie hervorgerufene Struktur handelt, sondern tatsächlich um das Ergebnis einer (seltenen) Verschmelzung.

Für den Zeitpunkt der Verschmelzung kann nur eine untere Grenze bestimmt werden: Das Ereignis muss sich vor mehr als 3 Milliarden Jahren ereignet haben, weil alleine 3 Milliarden Jahre nötig waren, um von den verschmelzenden Galaxien zum heutigen Zustand zu gelangen. Theoretisch könnte die Verschmelzung aber bereits 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall abgeschlossen gewesen sein.

Weitere Informationen:

http://www.mpia.de/Public/menu_q2.php?Aktuelles/PR/2014/PR_2014_03/PR_2014_03_de... - Webversion der Pressemitteilung inklusive höher aufgelöstem Bild

Dr. Markus Pössel | Max-Planck-Institut

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