Dritte Supernova von Galaxie Messier 74 in 11 Jahren – NGC 253 und die Grenzen des galaktischen Wachstums (Videos)

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Eine Forschergruppe um Alex Filipenko von der University of California in Berkeley entdeckte am 26. Juli 2013 mit dem „Katzman Automatic Imaging Telescope (KAIT)“ eine Supernova-Explosion in der Spiralgalaxie Messier 74 im Sternbild Fische. Dies ist schon die dritte Sternexplosion, die innerhalb von nur elf Jahren in der rund 35 Millionen Lichtjahre von uns entfernten Welteninsel gesichtet wurde.

Die Explosion erschien als heller Punkt in den südöstlichen Außenbereichen von M 74 und leuchtete zum Zeitpunkt ihrer Entdeckung mit einer Helligkeit von 13,5 mag und steigerte sich in den Folgetagen auf rund 12,8 mag. Die Entdeckung wurde über das „Central Bureau for Astronomical Telegrams (CBAT)“ an Astronomen weltweit für Folgebeobachtungen verbreitet. Sie erhielt die Bezeichnung SN 2013ej.

Mehrere Forschergruppen beobachteten die Supernova, unter anderem einen Tag nach der Entdeckung ein Team von Astronomen um David D. Balam vom kanadischen Dominion Astrophysical Observatory SN 2013ej. Sie nahmen Spektren von ihr im nahen Ultravioletten und im sichtbaren Licht auf. Die Auswertung ergab, dass es sich um eine Supernova vom Typ II handelt. Derartige Explosionen ereignen sich, wenn im Kern eines massereichen Sterns der nukleare Brennstoff ausgeht und dort keine Energie mehr frei-gesetzt wird. Dann bricht der Kern unter seiner eigenen Schwerkraft schlagartig zu-sammen und bildet je nach Masse einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch.

Gleichzeitig dringt vom Kern aus eine Stoßwelle nach außen. Sie sorgt in den äußeren Schichten des sterbenden Sterns für heftige Kernfusionsreaktionen, welche die äußeren Teile explosionsartig auseinander reißen. Kurzzeitig, also für wenige Tage bis Wochen, leuchtet eine solche Kern-Kollaps-Supernova heller als die vielen Milliarden Sterne in M 74 zusammen.

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M 74 am Morgenhimmel

Mit einer Helligkeit von derzeit rund 13 mag lässt sich die Supernova in M 74 als Punkt auch mit mittelgroßen Amateurteleskopen sichten. Zu finden ist die Spiralgalaxie im Sternbild Fische nicht weit von der Grenze zum Sternbild Widder am östlichen Morgenhimmel. Gegen 3 Uhr morgens steht sie rund 35 Grad über dem Horizont. Die Position des Zentrums der Welteninsel befindet sich bei 1 Stunde 36,7 Minuten und +15 Grad 47 Minuten. Die Supernova liegt 2,3 Bogenminuten und 1,5 Bogenminuten östlich des Zentrums von M 74.

Video: Vergleich zwischen M74 (Spiralgalaxie) und M51 (Whirlpool-Galaxie)

Video: Zoom auf M74

Sternentstehung ohne Zukunft: NGC 253 und die Grenzen des galaktischen Wachstums

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(Bild: Die Farbe gibt die Intensität des empfangenen Lichts an, von schwachem Leuchten bei blauer bis hin zu starkem Leuchten bei rötlicher Färbung. Diese und ähnliche Visualisierungen haben den Astronomen dabei geholfen, das Ausströmen von molekularem Wasserstoffgas aus den Sternentstehungsregionen in den Zentralbereichen von NGC 253 nachzuweisen)

Neue Beobachtungen mit dem ALMA-Observatorium in Chile haben Astronomen erstmals enthüllt, wie starke Sternentstehung Gas aus einer Galaxie heraustreiben kann und so zukünftige Sterngenerationen aus Mangel an Material für Entstehung und Wachs-tum sprichwörtlich verhungern lässt. Die dramatischen Aufnahmen zeigen gewaltige Aus-strömungen molekularen Gases, die von Sternentstehungsregionen un der nahegelegenen Sculptor-Galaxie ausgestoßen werden.

Diese neuen Ergebnisse liefern ein wichtiges Puzzlestück zur Klärung des seltsamen Phänomens, dass besonders massereiche Galaxien im Universum eher selten sind. Die dazugehörige Studie erschien am 25. Juli 2013 in der Fachzeitschrift Nature.

Galaxien – Systeme aus bis zu Hunderten Milliarden von Sternen wie unsere Heimat-galaxie, die Milchstraße – sind die Grundbausteine des Kosmos auf großen Skalen. Ein wichtiges Ziel der Astronomie ist es, zu verstehen, wie sich Galaxien ausgehend von den ersten Protogalaxien kurz nach dem Urknall bis heute entwickelt haben. Eine ent-scheidende Frage dabei: Was bestimmt, wie viele Sterne in einer Galaxie entstehen?

NGC 253, auch bekannt als Sculptor-Galaxie, ist eine Spiralgalaxie im Sternbild Sculptor (der Bildhauer) am Südsternhimmel. Mit einer Entfernung von 11,5 Millionen Lichtjahren ist sie einer unserer näheren galaktischen Nachbarn und die uns nächste von der Südhalb-kugel aus sichtbare Starburst-Galaxie [1]. Mit dem Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) haben Astronomen die Zentralregion von NGC 253 anvisiert – und fanden in der Tat molekulares Gas, das senkrecht zur galaktischen Scheibe aus-strömt!

„Mit ALMAs Empfindlichkeit und seinem hervorragenden Auflösungsvermögen konnten wir zum ersten Mal starke Konzentrationen kalten Gases ausmachen, das durch die starken Druckwellen weggeblasen wird, die sich in Form von sich ausdehnenden Hüllen um die jungen Sterne ausbilden”, erklärt Alberto Bolatto von der University of Maryland in den USA und zur Zeit auf einem Forschungssemester am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, der Erstautor der Studie. „Die Gasmenge, die wir messen, zeigt deutlich, dass einige sternbildende Galaxien mehr Gas ausspucken als sie auf-nehmen. Wir könnten also heute Zeuge eines Phänomens sein, das im frühen Universum häufig vorgekommen ist.”

Diese Ergebnisse könnten mit dazu beitragen zu erklären, warum Astronomen bislang erstaunlich wenige Galaxien mit hoher Masse im Universum gefunden haben. Computer-modelle zeigen, dass ältere, rötliche Galaxien deutlich mehr Masse haben und aus viel mehr Sternen bestehen sollten als man es beobachtet. Es scheint als wären die galaktischen Winde oder Gasausströmungen so stark, dass sie der Galaxie den Nachschub an Materie für die nächste Generation von Sternen entziehen würden [2].

„Diese Strukturen liegen auf einem Bogen, der nahezu perfekt mit den Rändern der zuvor beobachteten Ausströmungen aus heißem ionisiertem Gas übereinstimmt”, merkt Fabian Walter an, einer der Koautoren des Fachartikels und führender Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. „Wir können jetzt Schritt für Schritt verfolgen, wie sich aus starker Sternentstehung solche Ausströmungen entwickeln.”

Die Wissenschaftler haben ermittelt, dass gewaltige Mengen molekularen Gases – etwa das Zehnfache der Masse unserer Sonne pro Jahr, vermutlich sogar mehr – mit Ge-schwindigkeiten zwischen 150.000 und 1.000.000 Kilometern pro Stunde aus der Galaxie ausgestoßen werden [3]. Die Gesamtmenge des herausgeblasenen Gases wäre demnach mehr als das, was im selben Zeitraum in die Entstehung von Sternen innerhalb der Galaxie umgesetzt werden würde. Bei dieser Rate würde der Galaxie bereits in 60 Millionen Jahren das Gas ausgehen.

„Für mich ist das ein Paradebeispiel dafür, wie neue Instrumente die Zukunft der Astronomie bestimmen. Wir haben die Starburst-Region in NGC 253 und andere nahegelegene Starburst-Galaxien fast zehn Jahre lang untersucht. Aber bevor es ALMA gab, hatten wir keine Chance, derart feine Details zu sehen“ erklärt Walter. Für die Studie wurde eine frühe Konfiguration von ALMA mit nur 16 Antennen verwendet. „Es ist aufregend, sich auszumalen, was uns die komplette ALMA mit ihren 66 Antennen über diese Art von Materieströmen zeigen wird“, schließt Walter.

Weitere Studien mit der gesamten ALMA-Anlage werden dazu beitragen, das endgültige Schicksal des Gases zu bestimmen, das vom Sternwind weggetragen wird. Dabei wird sich zeigen, ob die von der Sternentstehung getriebenen Winde das sternbildende Material recyclen oder tatsächlich aus der Galaxie entfernen.

Endnoten
[1] Starburst-Galaxien erzeugen mit einer außergewöhnlich hohen Rate neue Sterne. NGC 253 ist eine der nächstgelegenen Galaxien dieses Typs und damit ein ideales Beobach-tungsziel für die Untersuchung der Auswirkungen dieses enormen Sternwachstums auf die Galaxie selber.

[2] Vorangegangene Beobachtungen hatten bereits gezeigt, dass heißeres, aber wesentlich dünneres Material von den Sternentstehungregionen in NGC 253 wegströmt. Das alleine hätte allerdings nur geringe Auswirkungen auf das Schicksal der Galaxie und ihre Fähigkeit weitere Sterngenerationen zu erzeugen, wenn überhaupt. Die neuen ALMA-Daten zeigen viel dichteres molekulares Gas dabei, wie es duch die Entstehung neuer Sterne seinen ersten Schub bekommt und dann zusammen mit dem dünnen, heißen Gas in den galaktischen Halo hinausgespült wird.

[3] Obwohl die Geschwindigkeiten sehr hoch sind, könnten sie dennoch nicht ausreichen, um das Gas aus der Galaxie herauszutreiben. Es wäre dann für Millionen Jahre im galaktischen Halo gefangen und könnte schließlich wieder zurück auf die galaktische Scheibe regnen und dort neue Phasen der Sternentstehung auslösen.

Video

Quellen: PRAVDA-TV/Sterne und Wltraum/astronomie.de vom 29.07.2013

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