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Extragalaktischer Radioempfang

13.10.2015

CHANG-ES ist ein Forschungsprojekt zur Untersuchung von ausgedehnten Radiohüllen („Halos“) in Galaxien durch Messung der Radiostrahlung von kosmischer Strahlung in Magnetfeldern. Sie gibt Informationen über die Stärke und Struktur des Magnetfeldes preis. Das Ziel ist, die Verbindung und Wechselwirkung zwischen den ausgedehnten Halos und den Galaxienscheiben zu verstehen. Zwei Max-Planck-Institute und die Universität Bochum sind in einer vor kurzem veröffentlichten Untersuchung einer Stichprobe von 35 nahen von der Seite aus gesehenen Spiralgalaxien beteiligt, die zeigt, dass die Ausdehnung dieser Galaxien in Radiowellenlängen bis in Bereiche geht, die im Optischen komplett unsichtbar sind.

Die Untersuchung einer ganzen Reihe von Spiralgalaxien, die von der Seite aus gesehen werden, hat gezeigt, dass ausgedehnte Hüllen („Halos“) erzeugt aus kosmischer Strahlung und Magnetfeldern oberhalb und unterhalb der Galaxienscheiben wesentlich häufiger vorkommen als ursprünglich gedacht.


Zusammengesetztes Bild einer von der Seite gesehenen Spiralgalaxie mit ausgedehntem Halo, erzeugt durch Mittelung der Radiohalos aus Beobachtungen von insgesamt 30 verschiedenen Galaxien mit dem VLA.

Jayanne English (U. Manitoba), mit Unterstützung durch Judith Irwin und Theresa Wiegert (Queen’s U.) für das CHANG-ES Konsortium; NRAO/AUI/NSF; NASA/STScI

Ein internationales Astronomenteam hat Radiobeobachtungen mit dem Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) in der Wüste von Neu-Mexiko von 35 dieser Spiralgalaxien mit Entfernungen bis zu 137 Millionen Lichtjahren durchgeführt, nachdem das Teleskop kürzlich mit modernster digitale Empfängertechnik für mehr als 100 Millionen Dollar ausgerüstet wurde.

“Wir wussten schon vorher von der Existenz von einigen dieser Halos, aber mit der vollen Leistungsstärke des VLA nach dem Upgrade, und mit der Anwendung neuartiger Bildverarbeitungstechniken können wir jetzt nachweisen, dass diese Halos bei Spiralgalaxien wesentlich häufiger zu finden sind als bis jetzt angenommen”, sagt Judith Irwin von der Queens-Universität in Kingston/Kanada, die Leiterin des CHANG-ES-Projekts.

Bei Spiralgalaxien wie unserer Milchstraße findet man den überwiegenden Anteil von Sternen sowie Gas und Staub in einer flachen rotierenden Scheibe mit Spiralarmen. Der größte Teil des sichtbaren Lichts wie auch der Radiowellen kommt aus dieser Scheibe. Erkenntnisse über den Bereich weit oberhalb und unterhalb der Scheibe waren bisher wegen nicht ausreichender Empfindlichkeit der Teleskope nur schwierig zu erhalten.

„Die Untersuchung der Halos von Galaxien mit Radioteleskopen gibt uns wertvolle Informationen über einen weiten Bereich unterschiedlicher Phänomene wie zum Beispiel die Sternentstehungsrate in der Galaxienscheibe, Winde von explodierenden Sternen sowie Ursprung und Eigenschaften der Magnetfelder von Galaxien“, sagt Theresa Wiegert, ebenfalls von der Queens-Universität, die Erstautorin der Veröffentlichung, in der die Analyse der Daten von 35 Galaxien präsentiert wird.

Um abzuschätzen, welche Ausdehnung ein „typischer“ Halo in einer Galaxie zeigt, haben die Forscher die Radiobilder von 30 Galaxien auf den gleichen Maßstab gebracht. Jayanne English von der University of Manitoba in Canada hat aus diesen Daten ein gemitteltes Galaxienbild erzeugt. Das Resultat (Abb. 1), so Judith Irwin, „ist ein spektakuläres Bild, auf dem man sieht, dass kosmische Strahlung und Magnetfelder nicht nur die Galaxienscheibe durchdringen, sondern auch bis weit oberhalb und unterhalb der Scheibe hinausragen.“

“Wir haben Radiohalos von individuellen Galaxien bereits seit einiger Zeit untersucht“, erklärt Ralf-Jürgen Dettmar von der Ruhr-Universität in Bochum. „Die CHANG-ES Stichprobe von Galaxien gibt uns jetzt einen statistischen Zugang zur Wechselwirkung zwischen Halos und Galaxienscheiben.“ Eines seiner primären Forschungsobjekte, die Galaxie NGC 5775, wird als Muster für die Darstellung des zentralen Sternentstehungsgebiets in der Abbildung gezeigt.

Das kombinierte Bild stellt auch die Bestätigung der theoretischen Vorhersage von solchen Halos aus dem Jahr 1961 dar.

Zusammen mit der Veröffentlichung der Ergebnisse werden die Daten in Form von speziellen VLA-Bildern auch für andere Forscher zugänglich gemacht. In vorhergehenden Publikationen wurden bereits Ziele und Details des CHANG-ES-Projekts beschrieben. Das Forscherteam hat eine Serie von Radiobeobachtungen mit dem VLA fertiggestellt, wobei die vorliegende Veröffentlichung auf der Analyse des ersten Teils der daraus erzeugten Bilder basiert. Zur Zeit werden auch die übrigen Datensätze analysiert und daraus Bilder erzeugt, die nach ihrer Veröffentlichung ebenfalls auch für andere Wissenschaftler zugänglich gemacht werden.

“Die Ergebnisse unseres Forschungsprojekts helfen uns dabei, eine Reihe von bisher unbeantworteten Fragen zur Sternentstehung und Galaxienentwicklung zu beantworten“, schließt Marita Krause vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn.


Das Forschungsteam umfasst Philip Schmidt, Silvia Carolina Mora, Ancor Damas-Segovia, Marita Krause & Rainer Beck (alle vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn), Theresa Wiegert, die Erstautorin der Veröffentlichung, Judith Irwin, Stephen MacGregor & Amanda DeSouza (alle vom Dept. of Physics, Engineering Physics & Astronomy, Queen’s University, Kingston, Canada), Arpad Miskolczi, Yelena Stein, Ralf-Jürgen Dettmar, Marek Wezgowiec (alle vom Astronomischen Institut der Ruhr-Universität Bochum), Jayanne English (Department of Physics and Astronomy, University of Manitoba, Winnipeg, Canada), Richard J. Rand, Isaiah Santistevan (Dept. of Physics and Astronomy, University of New Mexico, Albuquerque, USA), Rene Walterbos (Dept. of Astronomy, New Mexico State University, Las Cruces, USA), Amanda Kepley (NRAO, Charlottesville, USA) , Q. Daniel Wang (Dept. of Astronomy, University of Massachusetts, Amherst, USA), George Heald (ASTRON, Dwingeloo, The Netherlands), Jiangtao Li (Dept. of Astronomy, University of Michigan, Ann Arbor, USA), Megan Johnson (CSIRO, Epping, Australia), Andrew W. Strong (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany) und Troy A. Porter (Hansen Experimental Physics Laboratory, Stanford University, USA).

Das Projekt wurde unterstützt durch das Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, und das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), betrieben von der National Science Foundation (NSF).

Die Forschungsarbeit an der Ruhr-Universität Bochum wurde unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG, Projekt FOR1048). Eine Unterstützung durch das Computerzentrum der Max-Planck-Institute (RZG) in Garching erfolgte in Bezug auf Programme zur Datenarchivierung.

Originalveröffentlichung:

“CHANG-ES IV: Radio continuum emission of 35 edge-on galaxies observed with the Karl G. Jansky Very Large Array in D-configuration”, von T. Wiegert et al., 2015, The Astronomical Journal, Volume 150, Issue 3, article id. 81, 23 pp. (2015):
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-6256/150/3/81
Siehe auch: http://de.arxiv.org/abs/1508.05153

Lokaler Kontakt:

Dr. Marita Krause,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49-228-525-312
E-mail: mkrause@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Rainer Beck,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49-228-525-323
E-mail: rbeck@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Norbert Junkes,
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Fon: +49(0)228-525-399
E-mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2015/7

Norbert Junkes | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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