Galaxien: Keine organischen Moleküle im Außenbereich der Galaxie Messier 101
Die auch als "Feuerrad" bezeichnete Spiralgalaxie Messier 101 im Sternbild Großer Bär enthält an ihren Rändern keine komplexen organischen Moleküle, wie Infrarotbeobachtungen mit dem Weltraumteleskop Spitzer ergaben. Offenbar werden sie dort durch harte Strahlung zerstört.
© NASA, JPL / Caltech / STScI, Karl Gordon (Ausschnitt)
Messier 101 wurde im Jahre 1781 entdeckt und vom berühmten französischen Astronomen Charles Messier als 101. Objekt in seinem "Katalog der Nebel und Sternhaufen" eingetragen. In größeren Teleskopen und auf Fotografien erscheint sie als eine eindrucksvolle, eng gewundene Spiralgalaxie, bei der wir praktisch senkrecht auf ihre Scheibe blicken. Sie ist etwa 27 Millionen Lichtjahre von uns entfernt und erstreckt sich über rund 170 000 Lichtjahre. Zum Vergleich: Unser Milchstraßensystem weist einen Durchmesser von 100 000 Lichtjahren auf.
Ein Forscherteam um Karl Gordon am Space Telescope Science Institute nutzte das Weltraumteleskop Spitzer, um M 101 im Infaroten zu beobachten und dabei die Verteilung bestimmter organischer Moleküle in diesem Sternsystem zu kartieren. Den Forschern ging es dabei um die so genannten polyzyklischen Aromate, also organische Kohlenwasserstoffverbindungen, in denen die Kohlenstoffatome zumindest teilweise in Fünfer- oder Sechserringen angeordnet sind. Sie werden kurz auch als PAH bezeichnet. PAHs finden sich auch häufig auf der Erde, zum Beispiel im Ruß eines Holzkohlengrills.
Bei der Kartierung von M 101 fiel auf, dass sich die meisten PAHs im Zentrum der Galaxie befinden und ihre Konzentrationen nach außen hin langsam abnehmen. Bei Erreichen des Scheibenrands fällt ihre Konzentration allerdings schlagartig ab. Die Grenzregionen sind auf dem beigefügten Infrarotbild als helle rötliche Flecken zu erkennen. Die Ursache hierfür ist die energiereiche harte Strahlung von massereichen Sternen, die große Mengen an ultraviolettem Licht aussenden. Diese zerstört die PAH-Moleküle, da sie die Bindungen der Atome untereinander auseinanderreißt.
Die Randregionen von M 101 enthalten nur geringe Konzentrationen von schwereren Elementen, genannt "Metallizität". Die Metallizität ist hier gering. Als Metalle bezeichnen die Astronomen alle Elemente, die schwerer sind als Helium. Enthalten massereiche Sterne viele Metalle, so absorbieren diese selektiv Teile der harten Strahlung und senden sie bei längeren, "weicheren" Wellenlängen wieder aus. Dadurch wird die energiereiche Strahlung gedämpft und die organischen Moleküle nicht zerstört.
Die PAH-Moleküle sammeln sich in interstellaren Gas- und Staubwolken an, in denen sich neue Sterne bilden können. Beim Kollaps muss der sich bildende Stern die enorme Kompressionswärme irgendwie loswerden, sonst wird der Kollaps gestoppt und die Gas- und Staubwolke expandiert wieder. Der Staub hilft durch Absorption und Reemission von Strahlung dabei, die kontrahierende Staubwolke zu kühlen.
Im Außenbereich von M 101 müssen sich die Sterne ohne Unterstützung der Staubkühlung bilden, da hier die Gaswolken praktisch nur aus Wasserstoff und Helium bestehen. Wie hier die Sternentstehung funktioniert, ist von den Astronomen nach wie vor nicht völlig verstanden. Damit erinnert die Situation in diesen Regionen an das frühe Universum, in dem vergleichbare Bedingungen herrschten, da es noch keine schwereren Elemente gab. M 101 stellt den Astronomen somit ein relativ nahegelegenes Labor zu Verfügung, um die Vorgänge im jungen Universum im Detail untersuchen zu können.
TA
Ein Forscherteam um Karl Gordon am Space Telescope Science Institute nutzte das Weltraumteleskop Spitzer, um M 101 im Infaroten zu beobachten und dabei die Verteilung bestimmter organischer Moleküle in diesem Sternsystem zu kartieren. Den Forschern ging es dabei um die so genannten polyzyklischen Aromate, also organische Kohlenwasserstoffverbindungen, in denen die Kohlenstoffatome zumindest teilweise in Fünfer- oder Sechserringen angeordnet sind. Sie werden kurz auch als PAH bezeichnet. PAHs finden sich auch häufig auf der Erde, zum Beispiel im Ruß eines Holzkohlengrills.
Bei der Kartierung von M 101 fiel auf, dass sich die meisten PAHs im Zentrum der Galaxie befinden und ihre Konzentrationen nach außen hin langsam abnehmen. Bei Erreichen des Scheibenrands fällt ihre Konzentration allerdings schlagartig ab. Die Grenzregionen sind auf dem beigefügten Infrarotbild als helle rötliche Flecken zu erkennen. Die Ursache hierfür ist die energiereiche harte Strahlung von massereichen Sternen, die große Mengen an ultraviolettem Licht aussenden. Diese zerstört die PAH-Moleküle, da sie die Bindungen der Atome untereinander auseinanderreißt.
Die Randregionen von M 101 enthalten nur geringe Konzentrationen von schwereren Elementen, genannt "Metallizität". Die Metallizität ist hier gering. Als Metalle bezeichnen die Astronomen alle Elemente, die schwerer sind als Helium. Enthalten massereiche Sterne viele Metalle, so absorbieren diese selektiv Teile der harten Strahlung und senden sie bei längeren, "weicheren" Wellenlängen wieder aus. Dadurch wird die energiereiche Strahlung gedämpft und die organischen Moleküle nicht zerstört.
Die PAH-Moleküle sammeln sich in interstellaren Gas- und Staubwolken an, in denen sich neue Sterne bilden können. Beim Kollaps muss der sich bildende Stern die enorme Kompressionswärme irgendwie loswerden, sonst wird der Kollaps gestoppt und die Gas- und Staubwolke expandiert wieder. Der Staub hilft durch Absorption und Reemission von Strahlung dabei, die kontrahierende Staubwolke zu kühlen.
Im Außenbereich von M 101 müssen sich die Sterne ohne Unterstützung der Staubkühlung bilden, da hier die Gaswolken praktisch nur aus Wasserstoff und Helium bestehen. Wie hier die Sternentstehung funktioniert, ist von den Astronomen nach wie vor nicht völlig verstanden. Damit erinnert die Situation in diesen Regionen an das frühe Universum, in dem vergleichbare Bedingungen herrschten, da es noch keine schwereren Elemente gab. M 101 stellt den Astronomen somit ein relativ nahegelegenes Labor zu Verfügung, um die Vorgänge im jungen Universum im Detail untersuchen zu können.
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