Ein beispielloser Blick auf den Kern unserer Galaxie
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array hat seine ehrgeizigste Beobachtung erreicht: ein riesiges Mosaik der Central Molecular Zone der Milchstraße, das sich über mehr als 650 Lichtjahre erstreckt. Das Bild, das als die größte jemals zusammengestellte ALMA-Beobachtung beschrieben wird, zeigt die versteckte Chemie und Struktur der Region um das supermassives Schwarzes Loch unserer Galaxie in außergewöhnlichen Details.
Das Mosaik wurde aus vielen Einzelbeobachtungen zusammengesetzt, wie ein kosmisches Puzzle zusammengefügt, um eine Sicht zu schaffen, die sich über den Himmel so breit erstreckt wie drei vollständige Monde nebeneinander. Es ist das erste Mal, dass ein so großes Gebiet des galaktischen Zentrums mit der Genauigkeit von ALMA vermessen wurde, und die resultierenden Daten haben bereits fünf veröffentlichte Arbeiten in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society hervorgebracht, mit einer sechsten im Endstadium der Überprüfung.
„Dies ist das erste Mal, dass wir das volle Ausmaß der molekularen Strukturen sehen konnten, die das Herz unserer Galaxie speisen", sagte Steve Longmore, Professor für Astrophysik an der Liverpool John Moores University und Leiter des ALMA Central Molecular Zone Exploration Survey (ACES). Der Datensatz wurde über das ALMA Science Portal der Öffentlichkeit zugänglich gemacht, so dass Forscher weltweit ihn nach Entdeckungen durchsuchen können.
Kalte Gasfilamente und Sternentstehung
Das visuell auffälligste Merkmal des Mosaiks ist das komplizierte Netzwerk aus kalten molekularen Gasfilamenten, die sich durch das galaktische Zentrum ziehen. Diese Filamente, die in kleineren, fragmentarischen Studien zuvor beobachtet worden waren, werden nun erstmals in ihrer vollen Ausdehnung offenbart. Sie bilden eine spinnenartige Struktur, die Gas aus den äußeren Regionen der Central Molecular Zone zu den dichten Klumpen leitet, wo neue Sterne entstehen.
Das Verständnis, wie Gas durch diese Filamente fließt, ist entscheidend für das Verständnis der Sternentstehung im Zentrum der Milchstraße. Das galaktische Zentrum ist eine völlig andere Umgebung als die relativ ruhige Nachbarschaft, in der sich unser Sonnensystem befindet. Die Temperaturen sind höher, die Magnetfelder sind stärker, und der Gravitationseinfluss des supermassiven Schwarzen Lochs Sagittarius A* prägt die Dynamik von allem in seiner Reichweite.
Trotz dieser extremen Bedingungen entstehen Sterne im galaktischen Zentrum, allerdings in Raten und durch Prozesse, die sich erheblich von der Sternentstehung an anderen Orten der Galaxie unterscheiden könnten. Die ACES-Vermessung liefert die Daten, die erforderlich sind, um diese Prozesse im Detail zu kartographieren, und verfolgt, wie kaltes Gas gesammelt, verdichtet und schließlich in neue Sternengebilde zusammenbricht.
Ein chemischer Schatz
Über die physische Struktur der Gasfilamente hinaus wies die ALMA-Vermessung Dutzende verschiedener Moleküle in der gesamten Central Molecular Zone nach. Das chemische Inventar reicht von einfachen Verbindungen wie Siliziummonoxid, das gewaltsame Ereignisse wie Supernovenschockwellen verfolgt, bis zu komplexen organischen Molekülen einschließlich Methanol, Aceton und Ethanol.
Das Vorhandensein dieser komplexen organischen Moleküle im galaktischen Zentrum ist für die Astrochemie bedeutsam. Während solche Moleküle in kleineren Regionen zuvor nachgewiesen wurden, kartographiert die ACES-Vermessung zum ersten Mal ihre Verteilung in der gesamten Central Molecular Zone. Dies ermöglicht es Forschern, zu untersuchen, wie die chemische Komplexität in verschiedenen physikalischen Umgebungen variiert, von den relativ ruhigen äußeren Filamenten bis zu den turbulenten Regionen in der Nähe des supermassiven Schwarzen Lochs.
Methanol, Aceton und Ethanol sind alle Moleküle, die Rollen in chemischen Wegen spielen, die zu noch komplexeren organischen Verbindungen führen. Ihre Häufigkeit im galaktischen Zentrum deutet darauf hin, dass die Bausteine der präbiotischen Chemie sogar in den extremsten Umgebungen unserer Galaxie weit verbreitet sind, ein Befund mit Auswirkungen auf das Verständnis der chemischen Ursprünge des Lebens.
Die Technologie hinter der Beobachtung
ALMA, das sich in der Atacama-Wüste in Chile in einer Höhe von etwa 5.000 Metern befindet, ist das leistungsstärkste Teleskop der Welt zur Beobachtung des Universums bei Millimeter- und Submillimeterwellenlängen. Diese Wellenlängen sind für das menschliche Auge und optische Teleskope unsichtbar, aber ideal zum Studium von kaltem Gas und Staub, den Rohstoffen, aus denen Sterne und Planeten entstehen.
Das galaktische Zentrum ist bei optischen Wellenlängen praktisch unsichtbar, da dichte Wolken interstellaren Staubes sichtbares Licht blockieren. Bei den Radiowellenlängen, die ALMA beobachtet, ist dieser Staub jedoch transparent, wodurch das Teleskop durch das abschirmende Material sehen und die verborgenen Strukturen und Prozesse dahinter offenbaren kann.
Die Zusammenstellung des Mosaiks war eine erhebliche technische Leistung. Das Sichtfeld von ALMA ist zu einem bestimmten Zeitpunkt relativ klein, so dass eine so große Fläche wie die Central Molecular Zone Vermessung viele einzelne Ausrichtungen erforderte, die sorgfältig kalibriert und zusammengesetzt werden mussten. Der resultierende Datensatz ist riesig und enthält Informationen über die physikalische Struktur und die chemische Zusammensetzung des Gases in der gesamten Vermessungsregion.
Was kommt als nächstes
Es wird erwartet, dass die ACES-Vermessung über Jahre hinweg Entdeckungen hervorbringt. Der öffentlich freigegebene Datensatz enthält weit mehr Informationen, als eine einzelne Forschungsgruppe analysieren kann, und das Team hat die Vermessung ausdrücklich als Gemeinschaftsressource gestaltet. Forscher auf der ganzen Welt können die Daten herunterladen und ihre eigenen Analysen durchführen und nach Phänomenen und Mustern suchen, die das ursprüngliche Team möglicherweise nicht vorausgesehen hat.
Schlüsselforscher Ashley Barnes und Katharina Immer von der European Southern Observatory leiten die Bemühungen, die in der Vermessung erkannten Molekülarten zu katalogisieren und ihre räumlichen Verteilungen abzubilden. Ihre Arbeit zusammen mit Beiträgen aus der breiteren astronomischen Gemeinschaft wird allmählich ein vollständiges Bild der physikalischen und chemischen Prozesse schaffen, die im Zentrum unserer Galaxie ablaufen.
Für Astronomen stellt das Mosaik sowohl ein Ende als auch einen Anfang dar. Es ist der Höhepunkt jahrelanger Beobachtungen und Datenverarbeitung, aber es ist auch der Ausgangspunkt für eine neue Ära der Galaxienzentrumsforschung. Mit dem vollständigen Umfang der Central Molecular Zone, die mit der Auflösung von ALMA kartographiert ist, können Forscher nun Fragen zum Kern unserer Galaxie stellen und beantworten, die zuvor unmöglich zu beantworten waren.
Dieser Artikel basiert auf Berichten von Phys.org. Lesen Sie den Originalartikel.
