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Astrophysik: Magnetische Schleifchen im galaktischen Zentrum

Schleifen im Weltall sind keine ungewöhnlichen Strukturen. Meist entstehen sie, wenn elektrisch geladene Gase in den Einflussbereich eines starken Magnetfeldes geraten - wie bei unserer Sonne. Doch die neu entdeckten Schleifen aus der Mitte der Milchstraße sind eine tausend Milliarden Mal größer. Gelten in diesen Maßstäben die gleichen Regeln?
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Die Astronomie ist eine ganz eigene Naturwissenschaft. Da ihre Objekte für gewöhnlich "astronomisch" groß sind und viele Prozesse "galaktisch" langsam ablaufen, bietet sie nur selten die Möglichkeit, offene Fragen im heimischen Labor zu erforschen. Stattdessen schreitet sie meist in einem dynamischen Wechselspiel von unerwarteten Beobachtungen und theoretischen Erklärungsversuchen voran. Anders ausgedrückt: Astronomen sind stets bemüht, schlüssige Begründungen zu finden, warum sie in ihren Teleskopen Dinge sehen, mit denen sie eigentlich nicht gerechnet hatten.

So auch im Falle der gigantischen Gasschleifen, die ein japanisches Astronomenteam um Yasuo Fukui von der Universität Nagoya mit dem Teleskop NANTEN, das im Übergangsbereich zwischen Mikrowellen und Infrarotstrahlung arbeitet, entdeckte. In jenen Frequenzen ist besonders gut das Gas Kohlenmonoxid zu erkennen. Als eines der häufigsten Moleküle im Raum zwischen den Sternen zeigt es zuverlässig an, wo größere Mengen flüchtiger Materie die Galaxis bevölkern.

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Galaktische Schleifen | In der Nähe des galaktischen Zentrums haben japanische Wissenschaftler diese beiden Schleifen aus interstellarem Gas ausgemacht (Bild oben und in der Mitte). Die Moleküle bewegen sich mit sehr hohe Geschwindigkeiten von bis zu 100 Kilometern pro Sekunde durch den Raum, was in diesen Aufnahmen durch verschiedene Farben von schwarz (Stillstand) zu weiß (100 km/s) dargestellt ist. Die untere Abbildung zeigt, dass die Schleifen (blaue und rote Linien) aus der galaktischen Ebene (grau), in welcher die Sterne der scheibenähnlichen Milchstraße liegen, herausragen.
Eines der bekannten Gebiete mit hohen Konzentrationen an interstellaren Gasen ist die Region um das Zentrum der Milchstraße. Und so war kaum zu erwarten, dass ein etwas weiter aufgezogener Blick in diese Richtung neue Informationen liefern würde. Doch dort, wo die Erfahrung sanfte Gasschwaden in der Ebene der Milchstraßensterne erahnte, wölben sich zwei gewaltige Gasschleifen empor. Nur einige tausend Lichtjahre vom Kern der Galaxie entfernt, erstrecken sie sich über fast tausend Lichtjahre. Und zu allem Überfluss stehen sie auch noch senkrecht aus der galaktischen Scheibe hervor.

Diese Ausrichtung der Schleifen ist ungewöhnlich, da die Gravitationskraft der Sterne normalerweise Materie mit starkem Sog in die galaktische Ebene hineinzieht. Wenn nun Gase dem Sog derart weit entkommen können, muss ein sehr energiereicher Prozess hinter all dem stecken. Ganz ähnlich wie bei unserer Sonne, von der ebenfalls Materieschleifen gegen die Schwerkraft in das Weltall abstehen. Grund dafür sind bei unserem Zentralstern magnetische Felder. Und genau deren Einfluss vermuten die Astronomen auch bei den galaktischen Schleifen.

Die Überlegungen gehen vom Idealfall eines glatten Magnetfeldes aus, das parallel zur Ebene der Sterne verläuft. Wie die Oberfläche eines Teiches bei absoluter Windstille wäre praktisch jeder Ort gleich gut oder schlecht – und die Gasmoleküle würden an ihren jeweiligen Plätzen vor sich hin altern.

In der Realität ist so ein ungetrübtes Bild natürlich nicht von Dauer. Es tritt mit Sicherheit irgendeine Störung auf – und schon wirft die Wasserfläche beziehungsweise das Magnetfeld Wellen. In einer hügeligen Landschaft spielt die Gravitation jedoch augenblicklich ihre Stärken aus, und so wandern Gasmoleküle entlang eines anfangs nur seichten Gefälles in den Magnetfeldlinien weiter in die galaktische Ebene hinein.

Diese Wanderung verstärkt ihrerseits die Störung. Die magnetischen Täler werden tiefer, die Erhebungen höher – und was als glattes Feld begann, ist unversehens zu einer magnetischen Hochgebirgslandschaft geworden, die in Fachkreisen nach ihrem theoretischen Entdecker als Parker-Instabilität bezeichnet wird. Zu unserem Glück übrigens, denn nur dank dieser Aufs und Abs ballen die Gaswolken in der Galaxis sich eng genug zusammen, sodass sie schließlich zu neuen Sternen verklumpen. Glauben zumindest die Theoretiker.

Fukui und sein Team glauben indes, dass es sich bei den Schleifen in ihren Beobachtungen um genau jene Wellen des Magnetfeldes handelt, die von der Parker-Instabilität hervorgerufen werden. Eine Erklärung, die verlockend erscheint und mit welcher sich die meisten Kollegen gerne anfreunden würden.

Nur gibt es bei genauerer Betrachtung einige offene Probleme: So sind die Schleifen und Bögen von Ionen um unsere Sonne herum tatsächlich auf den Spuren magnetischer Felder, doch im zwölf Größenordnungen gewaltigeren galaktischen Maßstab sind noch niemals zuvor entsprechende Strukturen nachgewiesen worden. Und trotz der eindrucksvollen Bilder aus Japan steht noch keinesfalls fest, dass es überhaupt ein entsprechend geformtes Magnetfeld in dieser Raumregion gibt. Selbst wenn: Warum sind die Moleküle dann nicht längst in die Täler gerutscht, sondern surfen ganz oben auf der Magnetwelle?

Diese Fragen können bislang weder die japanischen Wissenschaftler noch Astronomen anderer Nationen beantworten. Aber es gibt bereits Pläne, welche Messungen nötig wären, um dem Rätsel der Schleifen auf die Spur zu kommen. Neue Experimente, die wieder einmal astronomische Ausmaße annehmen – ein Magnetfeld zu vermessen, das rund 25 000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Astronomie ist eben ein Gebiet an der Grenze zur Grenzenlosigkeit.
06.10.2006

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 06.10.2006

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