Ein deutsch-französisches Forscherteam hat eine neue Radiokarte des Andromedanebels M 31 vorgelegt. Sie zeigt, wo und wie sich in unserer rund 2,5 Millionen Lichtjahre entfernten Nachbargalaxie kaltes Gas bewegt und wie die dortigen Sternentstehungsgebiete verteilt sind.
Verteilung kalten Gases in M 31 | Das Sternsystem mit der Katalognummer M 31 im Bild Andromeda besteht wie unsere Galaxis aus vielen hundert Milliarden Sternen. Mit etwa 2,5 Millionen Lichtjahren Entfernung ist M 31 die uns nächst gelegene Spiralgalaxie. Am Himmel nimmt sie einen Winkel von fast fünf Grad ein und erscheint schon dem bloßen Auge als diffuses Wölkchen. Von der Erde aus sehen wir fast auf die Kante der Scheibe, in der sich das meiste Gas und die meisten Sterne befinden (rechts, im sichtbaren Licht). Das linke Bild zeigt die Verteilung des kalten Gases in M 31. Auf beiden Aufnahmen ist Norden oben und Osten links.
Gaswolken mit Temperaturen von unter minus 220 Grad Celsius, die als Geburtsstätten neuer Sonnen gelten, bestehen vor allem aus molekularem Wasserstoff (H2), aber auch geringen Mengen von Kohlenmonoxid (CO). Dessen charakteristische helle Spektrallinie bei 2,6 Millimeter Wellenlänge hat nun ein Team von Radioastronomen des Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM) in Grenoble und des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie umfassend kartiert. Dazu kam von 1995 an mehr als 800 Stunden lang das 30-Meter-Teleskop des IRAM auf dem 2970 Meter hohen Pico Veleta bei Granada zum Einsatz.
Die genaue Lage der Linie des CO im Spektrum gibt Aufschluss über die Bewegung des kalten Gases in M 31: Kommt es auf uns zu, ist die Linie zu kürzeren Wellenlängen verschoben, bewegt es sich von uns weg, verschiebt sich die Spektrallinie zu größeren Wellenlängen – der so genannte Doppler-Effekt.
Die entstandene galaktische Übersicht zeigt, dass das kalte Gas in der Andromedagalaxie sich in erstaunlich filigranen Spiralarmen konzentriert, deren auffälligste in einem Abstand von 25 000 bis 40 000 Lichtjahren vom Zentrum entfernt liegen. Weiter innen, bei der Hauptmasse der alten Sterne, treten die Spiralarme viel schwächer hervor, weiter außen fehlen sie nahezu ganz. Infolge der starken Neigung der Galaxie gegen die Sichtlinie (um etwa 78 Grad) scheinen die hellsten Spiralarme eine riesige Ellipse mit einer Hauptachse von zwei Grad zu bilden.
Gasgeschwindigkeit im Andromedanebel | Die Geschwindigkeitsverteilung des molekularen Gases (CO) in der Andromedagalaxie. Auf der einen Seite (im Süden, links) bewegt sich das Gas mit rund 500 Kilometern pro Sekunde auf uns zu (blau), auf der gegenüberliegenden Seite (im Norden, rechts) nur mit 100 Kilometern pro Sekunde (rot). Zwei Geschwindigkeiten addieren sich hier: Global gesehen, bewegt sich M 31 mit rund 300 Kilometern pro Sekunde auf uns zu und wird in etwa zwei Milliarden Jahren sehr nah an der Milchstraße vorbeiziehen. Dabei rotiert die Galaxie um ihre zentrale Achse. Da die Gaswolken auf den inneren Umlaufbahnen einen kürzeren Weg zurückzulegen haben als die weiter außen gelegenen, überholen sie die äußeren Gaswolken und erzeugen damit Spiralstrukturen.
Die Karte der Gas-Geschwindigkeiten liefert die Momentaufnahme eines gigantischen Feuerrads: Auf der einen Seite bewegt sich das Gas mit rund 500 Kilometern pro Sekunde auf uns zu, auf der gegenüberliegenden Seite nur mit 100 Kilometern pro Sekunde. Zwei Geschwindigkeiten addieren sich hier: Global gesehen, bewegt sich M 31 mit rund 300 Kilometern pro Sekunde auf uns zu und wird in etwa zwei Milliarden Jahren sehr nah an der Milchstraße vorbeiziehen. Dabei rotiert die Galaxie um ihre zentrale Achse. Da die Gaswolken auf den inneren Umlaufbahnen einen kürzeren Weg zurückzulegen haben als die weiter außen gelegenen, überholen sie die äußeren Gaswolken und erzeugen damit Spiralstrukturen.
Der Unterschied zwischen der Dichte des kalten Molekülgases in den Spiralarmen und in den Zwischenarmgebieten ist enorm groß, dagegen erscheint das atomare Gas, das sich im neutralen Wasserstoff zeigt, viel gleichmäßiger verteilt. Es wird diskutiert, ob das molekulare Gas aus atomarem Gas durch Verdichtung entsteht – und zwar aus ungeklärten Gründen vorzugsweise in einer schmalen Ringzone innerhalb der Galaxie, in der auch fast die gesamte Sternbildung abläuft. Möglicherweise stellt der Gasring von M 31 den noch nicht verbrauchten Rest einer ursprünglich viel größeren Gasmasse dar. Vielleicht spielt auch das außergewöhnlich reguläre Magnetfeld eine Rolle, das nach Radiobeobachtungen fast die gleiche Form besitzt wie die CO-Spiralarme und dort die Sternbildung auslösen könnte.
Die Ringzone – und damit die "Geburtszone" für neue Sterne in unserer eigenen Galaxie – ist kleiner als die von M 31, sie reicht von etwa 10 000 bis 20 000 Lichtjahre Entfernung vom Zentrum. Trotzdem ist die Gesamtmasse an kaltem Gas in der Galaxis viel größer als in M 31. Da alle Galaxien ungefähr gleich alt sind, muss unser Milchstraßensystem sparsamer mit dem Rohstoff für Sterne umgegangen sein. In der Andromedagalaxie dagegen weisen die vielen alten Sterne im Zentralbereich auf eine helle Vergangenheit hin, in der die Sternbildungsrate viel höher war als heute. Jetzt ist dort fast das gesamte Gas verbraucht und die Sternproduktion zum Erliegen gekommen. Die neue Karte zeigt, wie aktiv die Andromedagalaxie bei der Sternbildung aus kalten Gaswolken war. In einigen Milliarden Jahren wird unsere Galaxis ähnlich aussehen.
Das Sternsystem mit der Katalognummer M 31 im Bild Andromeda besteht wie die Galaxis aus vielen hundert Milliarden Sternen. Mit etwa 2,5 Millionen Lichtjahren Entfernung ist M 31 die uns nächst gelegene Spiralgalaxie. Am Himmel erscheint sie schon dem bloßen Auge als diffuses Wölkchen. Von der Erde aus sehen wir fast auf die Kante der Scheibe, in der sich das meiste Gas und die meisten Sterne befinden.
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