Ultrascharfes Bild der Milchstraße zeigt Recyling im All

Couple watching the stars

Jahr für Jahr entstehen in der Milchstraße ein bis zwei neue Sterne von der Masse der Sonne. Bislang war unklar, woher das Material dazu stammt. Astronomen der Universität Bonn könnten nun der Antwort auf dieses Rätsel ein bedeutendes Stück nähergekommen sein.

In einem Punkt ähnelt die Milchstraße der Bundesrepublik: Sie hat eine vergleichsweise niedrige Geburtenrate. Gerade einmal ein bis zwei neue Sterne von der Masse der Sonne erblicken in unserer Heimatgalaxie Jahr für Jahr das Licht der Welt. Diese Rate ist allerdings schon seit Milliarden von Jahren konstant – ein Phänomen, dass die Astronomen vor Rätsel stellt: Sterne entstehen aus Wasserstoffgas. In der Milchstraße gibt es davon aber eigentlich viel zu wenig, als dass daraus über diesen langen Zeitraum Sterne gebildet werden könnten. Woher stammt also das Material für die Neuzugänge?

Lange Zeit wurde angenommen, dass es von außen in die Milchstraße gebracht wird, etwa durch Zusammenstöße mit kleineren Galaxien. „Heute wissen wir aber, dass die letzte derartige Kollision mindestens drei Milliarden Jahre zurück liegt“, erklärt Privatdozent Dr. Jürgen Kerp vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn. „Dennoch werden in der Milchstraße immer noch neue Sterne geboren.“

Tröpfchen aus Wasserstoffgas regnen auf die Milchstraße

Der neue Rundumblick auf die Milchstraße liefert nun möglicherweise des Rätsels Lösung. „Unsere Bilder haben eine derart hohe Schärfe, dass wir darauf erstmals Strukturen erkennen können, die wie winzige Gaströpfchen aussehen“, erklärt Kerp. Die Aufnahmen der Tröpfchen stammen von den Radioteleskopen in Effelsberg und im australischen Parkes. An beiden Standorten wurde der Himmel mit den weltweit größten vollbeweglichen Antennenschüsseln in jahrelanger Arbeit Schritt für Schritt durchmustert. Dabei kartierten die beteiligten Wissenschaftler genauestens die räumliche Verteilung des neutralen Wasserstoffs – die so genannte 21cm-Linie.

Neutraler Wasserstoff (chemisches Symbol: H) ist das häufigste Element im Universum. Es entstand unmittelbar nach dem Urknall. Unter geeigneten Bedingungen verbindet sich neutraler zu molekularem Wasserstoff (H2), aus dem sich die Sterne formen.

Die Gaströpfchen in den HI4PI-Bildern markieren die Positionen des molekularen Wasserstoffs. Das Rohmaterial für neue Sterne regnet also gewissermaßen auf die Milchstraße herab. Doch woher stammt es? „Sterne, die deutlich schwerer sind als unsere Sonne, explodieren am Ende ihres Lebens“, erklärt Kerp. „Dabei wird ihre Materie weit ins All geschleudert. Aufgrund der Schwerkraft fällt dieses Material in Form von Gaströpfchen wieder auf die Milchstraße zurück. Wir sprechen auch von einer galaktischen Fontäne.“ Der Sternentod treibt also die Geburt neuer Sterne an. Dieser Recycling-Prozess wurde lange vermutet. Dass die galaktische Fontäne tatsächlich zurückfällt, konnte bislang aber noch nicht zweifelsfrei gezeigt werden.

Der Nachweis der (im kosmischen Maßstab) winzigen Wasserstoff-Tröpfchen unterstreicht den Detailreichtum der HI4PI-Durchmusterung. Noch schärfere Karten von der Wasserstoff-Verteilung in der Milchstraße wird es in den nächsten Jahrzehnten vermutlich nicht geben: Auf dem Erdboden können aus technischen Gründen keine größeren vollbeweglichen Radioteleskope erbaut werden.

Das schärfste Bild der Milchstraße ist endlich komplett

Bereits Ende 2015 hatten die Bonner Wissenschaftler eine Karte der Wasserstoff-Verteilung über der Nordhalbkugel vorgelegt. Die Publikation erregte weltweit enormes Aufsehen; sie markierte einen Meilenstein in der Erforschung unserer Heimatgalaxie. „Nun ist es nun gelungen, dieses Bild hier in Bonn mit den Daten des Parkes-Observatoriums zu ergänzen“, sagt Kerp. „Gleichzeitig haben wir die australischen Daten neu aufbereitet und so noch einmal verbessern können. Damit ist das schärfste Bild der Milchstraße endlich komplett.“ Die Daten der HI4PI-Himmelsdurchmusterung sind ab sofort für alle Wissenschaftler über das Strasbourg astronomical Data Center (CDS) elektronisch verfügbar.

Publikation: HI4PI collaboration:  N. Ben Bekhti, L. Flöer, R. Keller, J. Kerp, D. Lenz, B. Winkel, J. Bailin, M. R. Calabretta, L. Dedes, H. A. Ford, B. K. Gibson, U. Haud, S. Janowiecki, P. M. W. Kalberla, F. J. Lockman, N. M. McClure-Griffiths, T. Murphy, H. Nakanishi, D. J. Pisano, L. Staveley-Smith: HI4PI: A full-sky Hi survey based on EBHIS and GASS; Astronomy & Astrophysics; DOI: 10.1051/0004-6361/201629178

(Pressemitteilung für die Universität Bonn)