Monday, 27. June 2016
08.01.2013
 
 

Mysteriöse Andromeda-Galaxie: Ringstruktur entdeckt

Andreas von Rétyi

Die wohl berühmteste »Welteninsel« gibt Astronomen zunehmend Rätsel auf. Unsere Nachbarmilchstraße, die riesige Andromeda-Spirale, hält einen geheimnisvollen Ring aus Zwerggalaxien um sich. Und den dürfte es nach den gegenwärtigen Theorien zur Bildung von Galaxien eigentlich so gar nicht geben. Die Natur weiß es besser, aber: Was stimmt hier nicht?

Die Zwerggalaxien sind in einer recht schmalen Ringzone um das Andromeda-System verteilt. Eigentlich müssten sie als Schwarm aus eher zufällig um die Galaxie herum verteilten Begleitern auftreten. Vielmehr liegen sie innerhalb einer Ebene, die bei einer Dicke von »lediglich« 30.000 Lichtjahren rund eine Million Lichtjahre misst und somit viermal ausgedehnter ist als Andromeda selbst. Insgesamt handelt es sich also um eine ausgesprochen große und nicht minder

befremdliche Anordnung. Zumindest kann derzeit niemand ihre Entstehungsgeschichte aufdecken. Immerhin knapp die Hälfte von insgesamt 27 mittlerweile um das Hauptsystem entdeckten Begleitgalaxien befindet sich in der mysteriösen Ebene.

 

Erste Hinweise auf eine derartige Struktur gab es bereits früher, doch die neuen Ergebnisse einer internationalen Astronomengruppe liefern die bislang überzeugendsten Daten für die tatsächliche Existenz des dubiosen Rings. War er von Anfang an um die Galaxie vorhanden oder bildete er sich im Zuge eines anhaltenden, gigantischen kosmischen Ereignisses?

 

Die Zwerggalaxien benötigen bei der beobachteten Distanz die enorme Zeitspanne von rund 5,5 Milliarden Jahren für einen Umlauf um ihr Zentralsystem. Zumindest seit der Entstehung unseres Sonnensystems haben sie ihre Galaxie noch nicht einmal komplett umrundet. Die Sterne in den Zwergen weisen ein hohes Alter auf, ähnlich wie ihre Pendants in Kugelsternhaufen. Sofern also der Entstehungsort mit den heute beobachteten Verhältnissen weitgehend übereinstimmt, handelt es sich nach Ansicht der Entdecker um »eine alte Struktur«.

 

Was weiß man heute aber über das Andromeda-System? Die Galaxie selbst war schon in alter Zeit bekannt, da sie am Nachthimmel sogar mit bloßem Auge erkennbar ist. So müssen auch die antiken Völker bereits auf sie aufmerksam geworden sein, ohne dass darüber schriftliche Originalzeugnisse existieren. Der berühmte persische Astronom al-Sufi beschrieb sie im 10. Jahrhundert als »die kleine Wolke«, doch noch lange sollte niemand die wahre Natur jenes unscheinbaren Wölkchens aufdecken. Während der französische Astronom Charles Messier im Zuge seiner teleskopischen Kometenjagd auf viele weitgehend ähnlich aussehende »Wölkchen« stieß und dabei auch die Andromeda-Galaxie unter Position 31 in seinem Katalog verzeichnete, um künftige Verwechslungen mit »Schweifsternen« auszuschließen, machten sich spätere Astronomen an verschiedene Deutungsversuche. Was konnte man sich unter »Messier 31« (M 31) wirklich vorstellen? Wie weit entfernt mochte dieser verwaschene Nebelfleck von der Sonne sein? Allgemein herrschte der Glaube vor, M 31 sei ein Objekt innerhalb unseres Milchstraßensystems.

 

Im 19. Jahrhundert hatte der Earl of Rosse mit einem Riesenteleskop im irischen Parsonstown erstmalig ein anderes Wölkchen als leuchtende Spirale erkannt. Es sah so aus, als ob sich hier kosmische Gas- und Staubmassen zu Sternen und Planeten verdichteten. Vielleicht handelte es sich bei diesen folglich zunächst als »Spiralnebel« bezeichneten Gebilden lediglich um Sonnensysteme am Anfang ihrer Entwicklung. Die Beobachtungen schienen entsprechende Theorien glänzend zu bestätigen. Doch wieder einmal erwiesen sich die Interpretationen als falsch – die Realität aber als weit fantastischer. Sie war der Vorstellungskraft der Gelehrten um wahrhaft kosmische Dimensionen voraus.

 

Doch die Wissenschaftler zogen im 20. Jahrhundert nach. Bessere Optiken zeigten, dass die vermeintlichen Nebel von Andromeda tatsächlich weitgehend aus einzelnen Sternen bestanden, Mitte der 1940er Jahre gelang die komplette Auflösung des Systems in Einzelsterne. Außerdem tauchten aus der Sternenflut einige ganz besondere Sterne auf, mit denen sich sogar die Entfernung zu M 31 ermitteln ließ: die Delta-Cepheiden. 1912 hatte die amerikanische Astronomin Henrietta Swan Leavitt herausgefunden, dass bei diesen schon lange als veränderlich bekannten Sternen zwei Parameter untrennbar verknüpft sind. Die durchschnittliche maximale Helligkeit dieser Sterne bedingt die Periodenlänge! Je heller sie werden, desto größer der Abstand der Maxima. Schlicht durch die Messung der Periodenlänge lässt sich also die Spitzenhelligkeit ermitteln.

 

Kennt man die absoluten Helligkeitswerte naher Cepheiden, deren Entfernung direkt ermittelt werden konnte, lässt sich diese Perioden-Leuchtkraft-Beziehung eichen, so dass aus Periodendauer und scheinbarer Helligkeit unmittelbar die tatsächliche Entfernung folgt. Denn die Periode legt die Leuchtkraft des Cepheiden fest. Der Helligkeitsunterschied – das Entfernungsmodul – verrät daraufhin sofort, wie weit eine Galaxie entfernt ist. Später musste diese beeindruckende Methode verfeinert werden.

 

Wie sich herausstellte, gibt es unterschiedliche Typen von Cepheiden. Doch die wesentliche Sensation lag nunmehr endlich auf der Hand: M 31, die Andromeda-Galaxie, ist nicht etwa ein spiralförmiger Nebel in unserer eigenen Milchstraße, sie ist kein relativ nahe gelegenes Ur-Sonnensystem. Vielmehr liegt sie in unvergleichlich größerer Distanz, ist eine eigenständige Milchstraße aus wohl mehreren hundert Milliarden Sternen und damit sogar noch deutlich größer als unsere Galaxis! Durch diese Erkenntnis änderte sich das Bild des Universums schlagartig. Von wegen, unser Milchstraßensystem sei einzigartig! Dieser alte, schon so häufig gezogene Trugschluss der Einzigartigkeit, auch hier verlief er im Sande, wobei sich jedes Sandkorn am kosmischen Strand der Andromeda-Galaxie als Stern erwies. Auch gegenwärtig ist noch nicht präzise bekannt, wie weit M 31 wirklich von uns entfernt ist. Die mehrfach verbesserten Methoden liefern allerdings Werte im Bereich zwischen etwa 2,5 und 2,9 Millionen Lichtjahren. Damit ist Andromeda das nächstgelegene eigenständige Spiralsystem und zudem die größte Galaxie der Lokalen Gruppe, die inklusive der bekannten Zwergsysteme aus beinahe 60 Milchstraßen besteht.

 

Nun bleibt die Frage, was machen die vielen Zwerggalaxien in jenem seltsamen Ring um M 31 und wie sind sie dorthin gekommen? In der Tat hinterlässt diese Frage derzeit ein großes Fragezeichen. Das »Band der Zwerge« gilt laut Michael Rich, einem der beteiligten Forscher, als die größte organisierte Struktur innerhalb der Lokalen Gruppe. Die Entdeckung gelang nur, weil M 31 kosmisch gesehen in sehr geringer Distanz zu uns liegt. Trotzdem hoffen Astronomen, bald ähnliche Gebilde um andere Galaxien zu finden und damit neue Hinweise auf den Ursprung zu erhalten. Vielleicht mischt Dunkle Materie bei der Anordnung der kleinen Begleiter mit, wenn es diese absonderliche Materieform überhaupt wirklich gibt.

 

Vielleicht kam es in der Geschichte von Andromeda aber auch zu einem Ereignis, in dessen Folge die Zwerggalaxien in jene enge Ringzone gezwungen wurden, innerhalb derer sie heute beobachtet werden. Bekanntlich kollidieren Galaxien miteinander, größere Systeme verleiben sich kleinere ein – »galaktischer Kannibalismus«, so nennt sich das. Bei engen Begegnungen kann es nach vielfachem gravitativ bedingten Hin- und Herschwingen der wechselwirkenden Galaxien schließlich zu einer Verschmelzung kommen, wobei sich neue Formen ausbilden. Dann fallen riesige elliptische oder sphärische Galaxien durch ungewöhnliche Staubgürtel auf, Spiralsysteme werden bei zentralem Kontakt zu Ringgalaxien oder bilden gigantische Gezeitenschweife aus. Die Fallsammlung solcher pekuliarer Systeme füllt ganze Galaxienkataloge.

 

Auch bei Andromeda gibt es schon länger beobachtete Abweichungen von der Idealform – nur, wo gibt es die eigentlich nicht? Und in ein paar Milliarden Jahren könnten M 31 und unser System ebenfalls miteinander verschmelzen. Die Geschichte wiederholt sich, »über-All«.

 

Eine ganze Weile glaubten Astronomen, M 31 berge zwei voneinander getrennte Kerne, was die Kollisionsthese unterstützen würde. Später kamen die Experten wieder von dieser Idee ab, wenn auch weiterhin interessante Verhältnisse im Zentrum von M 31 registriert werden. Abgesehen davon, dass dort ein supermassives Schwarzes Loch lauert, das mit 100 Millionen Sonnenmassen rund 25-fach mächtiger ist als das entsprechende düstere Pendant im Kern unserer eigenen Galaxis, existieren im »inneren Zirkel« von Andromeda wiederum zwei Ringstrukturen mit voneinander abweichenden Sternpopulationen. Dazu gibt es noch eine augenfälligere morphologische Merkwürdigkeit: Die gesamte Scheibe der Andromeda-Galaxie erweist sich als leicht s-förmig verkrümmt. Ebenfalls ein Hinweis auf eine einstige Kollision oder aber auf unsichtbare Materie? Die Zwerggalaxien ihrerseits scheinen keine sicheren Hinweise zu vermitteln, im Zuge einer alten Galaxienbegegnung aufgewühlt worden zu sein. Das Geheimnis um Andromedas Ring dürfte wohl noch länger bestehen.

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