Der Halo der Galaxie erwies sich als unerwartet ruhig

Astronomen entdeckten einen Radioblitz, der auf dem Weg zur Erde eine andere Galaxie durchquerte, und konnten so die Eigenschaften ihres Halos bestimmen.

Die Zeichnung eines Künstlers zeigt den Weg des schnellen Radioausbruchs FRB 181112 von der fernen Galaxie, in der er entstand, zur Erde. Vollbild öffnen ‹ ›

Wenn Astronomen Galaxien durch ein Teleskop betrachten, sehen sie viele hell leuchtende Sterne. Sie enthalten jedoch nicht die gesamte Substanz. Die Galaxie ist von einem riesigen Halo umgeben, der sich weit über den leuchtenden Teil hinaus erstreckt, in dem sich die Sterne konzentrieren. Der stellare Teil einer massereichen Galaxie kann Zehntausende Lichtjahre groß sein (unsere Milchstraße hat einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren), und der nahezu kugelförmige Halo ist etwa zehnmal größer.

Der Halo der Galaxie enthält sowohl dunkle Materie als auch gewöhnliche „baryonische“ Materie, bei der es sich größtenteils um heißes ionisiertes Gas geringer Dichte handelt. Obwohl dieses Gas eine noch größere Masse als alle Sterne in der Galaxie hat, ist es fast unmöglich, es zu sehen und zu studieren. Doch dieses Gas hat nicht nur eine Masse, die das Verhalten der Galaxie beeinflusst, sondern dient auch als Materiereservoir für Sternentstehungsprozesse. Einige Prozesse im Inneren von Galaxien (Supernova-Explosionen, „Wind“ aus supermassiven Schwarzen Löchern) können im Gegenteil Materie in den Halo schleudern und so den Sternentstehungsprozess stoppen. Die Untersuchung des Halos könnte den Astronomen also helfen, all diese Prozesse besser zu verstehen.

Astronomen hatten zuletzt etwas Glück. Im November 2018 entdeckte das Radioteleskop ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder) in Australien einen sogenannten schnellen Radiostoß mit der Bezeichnung FRB 181112. Diese kurzen, mehrere Millisekunden dauernden Radioimpulse, die von Teleskopen empfangen werden, sind seitdem für Astrophysiker von großem Interesse Die typische Energie von Funkstößen entspricht schätzungsweise der Energie, die die Sonne mehrere Zehntausend Jahre lang aussendet. Sie wissen noch nicht, was schnelle Radiostöße verursacht, und erst kürzlich konnten sie die Entstehung mehrerer sehr schneller und sehr heller Radiosignale in Galaxien verfolgen.

Obwohl das Burst-Signal selbst von Radioteleskopen empfangen wird, spielen optische Teleskope auch eine wichtige Rolle in der Forschung – sie ermöglichen die Bestimmung, ob ein Burst Galaxien durchquert und wie weit diese entfernt sind.

Diesmal folgten der ASKAP-Nachricht unmittelbar optische Beobachtungen vom Very Large Telescope (VLT) der ESO und anderen Teleskopen, die nicht nur die Galaxie identifizierten, die den Ausbruch erzeugte, sondern auch zeigten, dass die empfangenen Radioimpulse den Halo eines anderen Masses passierten Galaxie auf dem Weg zur Erde. Dieser Umstand ermöglichte es Astronomen, die Natur des Gases im Halo mittels Radiosignalanalyse zu untersuchen. Zum ersten Mal konnten sie das normalerweise unsichtbare Material rund um die Galaxie direkt untersuchen. Man könnte sagen, dass Astronomen ein Geheimnis nutzten, um ein anderes zu erforschen.

Das FRB 181112-Signal mit einer Gesamtdauer von weniger als einer Millisekunde bestand aus mehreren Impulsen mit einer Dauer von weniger als 40 Mikrosekunden (Millionstelsekunden). Diese kurze Dauer der Impulse ermöglichte es den Astronomen, die maximale Gasdichte im Halo abzuschätzen, da das Durchqueren eines dichteren Mediums das Radiosignal mit der Zeit strecken würde. Die Forscher berechneten, dass die Gasdichte im Halo weniger als 0,1 Atome pro Kubikzentimeter betragen sollte. Das entspricht mehreren hundert Atomen im Volumen eines Kinderballons.

Die Dichte wiederum schränkt den Grad der Turbulenz oder die Anzahl der Wolken aus kaltem Gas im Halo ein. Hier hat das Wort „kalt“ eine relative Bedeutung: Es bedeutet Temperaturen von etwa 10.000 °C, was gering ist im Vergleich zur Temperatur des heißen Gases im Halo, die etwa 1 Million Grad erreicht.

Darüber hinaus erwies sich der Halo in dieser Galaxie als unerwartet ruhig. Turbulente Wolken, kleine dichte Ansammlungen von Gas und sogar dessen „Zittern“, wie Luft an einem heißen Sonnentag in einem ausgedehnten Halo, müssten das Signal eines schnellen Funkstoßes verzerren. Stattdessen akzeptierten die Astronomen einen Puls, der so unverzerrt und klar war, dass er überhaupt keine Anzeichen dafür zeigte, dass er das Gas durchquert hatte. Dies widerspricht deutlich den früher gemachten Modellvorhersagen. Eines der „Lieblingsmodelle“ der Astrophysiker besagt, dass der Halo von Wolken aus klumpigem Gas durchdrungen ist.

Der schnelle Funkstoß lieferte auch Informationen über das Magnetfeld des Halos, das sich als sehr schwach herausstellte – eine Milliarde Mal schwächer als der Magnet Ihres Kühlschranks.

Basierend auf den Ergebnissen der Beobachtung nur eines galaktischen Halos können Astronomen nicht sagen, wie typisch die festgestellte geringe Dichte und das Magnetfeld des Halos für Galaxien sind. Vielleicht handelt es sich einfach nur um eine ungewöhnliche Galaxie, oder vielleicht haben frühere Studien diese Parameter überschätzt.

Auf jeden Fall haben Astronomen eine neue Methode zur Untersuchung der Natur „schwer fassbarer“ galaktischer Halos erhalten, die bei der Beobachtung von Halos in anderen Galaxien angewendet werden kann.

Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Basierend auf ESO

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