Neuer Galaxien-Typ entdeckt

Überreste der ursprünglichen Bausteine des Universums?

Die Galaxien in unserem Universum sind nicht alle gleich: Da gibt es Spiralen, die unserer Milchstraße ähneln, große elliptische und kleine leuchtschwache Galaxien. Schon immer haben sich die Astronomen gefragt, ob bei den bisherigen Beobachtungen nicht vielleicht Galaxientypen übersehen wurden. Mit Hilfe einer großangelegten spektroskopischen Durchmusterung aller Objekte in dem relativ nahe gelegenen Fornax-Galaxienhaufen konnte das Astronomenteam nun in der Tat einem neuen Typ auf die Spur kommen: den so genannten ultrakompakten Zwerggalaxien, die in den Zentren von Galaxienhaufen liegen. Ihr Aussehen ähnelt dem galaktischer Kugelsternhaufen, sie sind aber um ein Vielfaches größer und leuchtkräftiger.

Aufgrund ihrer sehr geringen Ausdehnung am Himmel hatte man die ultrakompakten Galaxien bislang für Sterne der Milchstraße gehalten. Ihre Radialgeschwindigkeit -- ein grobes Maß für die Entfernung -- verriet den Astronomen aber, dass sich die Himmelsobjekte nicht in unserer Milchstraße befinden konnten.

Nachweis dank Hubbles "scharfem Auge"

Um die Eigenschaften des neuen Galaxientypes zu studieren, bedienten sich die Astronomen der zur Zeit modernsten Telskope. Das "scharfe Auge" des Hubble Space Teleskopes konnte die ultrakompakten Galaxien räumlich auflösen, so dass die Wissenschaftler ihre Ausdehnung feststellen konnten. Mit den großen 8-Meter-Teleskopen der Europäischen Südsternwarte (ESO) auf dem Observatorium "El Paranal" in Chile konnte Dr. Michael Hilker zudem spektroskopisch feststellen, wie schnell sich die Sterne in den Galaxien bewegen. Beide Messungen zusammen erlaubten es den Forschern, die Galaxien zu "wiegen". Mit verbl\üffendem Ergebnis: Ausdehnung, Leuchtkraft und Masse entsprechen in dieser Kombination keinem bisher bekanntem Galaxientyp.

Die Entdeckung könnte eine Frage beantworten, die Astronomen schon lange schwer im Magen liegt: Nach gängiger Lehrmeinung sind die ursprünglichen Bausteine des Universums kleine und massearme Zwerggalaxien, von denen auch heute noch viele existieren müssten. Bislang fand man allerdings stets viel weniger Zwerggalaxien, als die kosmologischen Modelle vorhersagten. Die Forscher glauben nun, dass die ultrakompakten Galaxien aus Zwerggalaxien entstanden sein könnten, die ihre äußeren Sterne verloren haben. Computer Simulationen von Dr. Kenji Bekki (Sydney, Australien) belegen auch, dass dies möglich ist. Der neue Galaxietyp ist somit ein wichtiges Bindeglied, das die Diskrepanz zwisch en Beobachtungen und kosmologischen Modellen erklären könnte.

Dieses Bild zeigt im Hintergrund den Fornax-Galaxienhaufen, der von großen elliptischen Galaxien dominiert wird. Die eingesetzten Vergröъerungen veranschaulichen eine Zwergelliptische Galaxie mit Kern (oben links) und eine der neuentdeckten ultrakompakten Galaxien (unten rechts). Die Punktverteilung demonstriert eine Simulation, wie eine Zwergellipse die Sterne in ihrer Peripherie während des Umlaufes um die zentrale Galaxie durch Gezeitenkräfte verlieren kann und danach zur ultrakompakten Galaxie wird.
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Credit: Hintergrund: Arna Karick (University of Melbourne), Michigan Curtis Schmidt Telescope; Einsätze: Hubble Space Telescope

Wie im vorangegangenen Bild ist im Hintergrund der Fornax-Galaxienhaufen gezeigt. Die eingesetzten Vergröъerungen an der Unterkante des Bildes veranschaulichen fünf der neuentdeckten ultra-kompakten Galaxien und eine Zwergelliptische Galaxie mit Kern zum Vergleich. Die Positionen der entdeckten Galaxien im Fornax-Haufen sind mit roten Quadraten markiert.
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Credit: Michael Hilker; Hintergrund: Arna Karick (University of Melbourne), Michigan Curtis Schmidt Telescope; Einsätze: Hubble Space Telescope

Dieses Bild zeigt das Zentrum des Fornax-Galaxienhaufens. Rechts oben sind die beiden zentralen Riesen-Elliptischen Galaxien des Haufens zu erkennen. Oben links sind als Vergröъerungen eine der neuentdeckten ultra-kompakten Galaxien (oben) und eine Zwergelliptische Galaxie mit Kern (unten) dargestellt. Die Position von einer der entdeckten Galaxien und einer Zwergellipse sind mit Quadraten markiert. (Durch klicken auf das Bild wird dieses größer dargestellt)

Credit: Hintergrund: Aufnahme M. Hilker, 2.5-Meter du Pont Teleskop (Las Campanas Observatory); Einsätze: Hubble Space Telescope

Diese Graphen zeigen einen Ausschnitt aus den hochaufgelösten Spektren (Echelle Spektren), die zur Bestimmung der Geschwindigkeiten der Sterne innerhalb der ultra-kompakten Galaxien genutzt wurden. Die Spektren wurden am Very Large Telescope (VLT) der ESO auf dem Paranal in Chile aufgenommen (Programmnummer 66.B-0378(A)). Links sind die Spektren der UCDs zu sehen, in der Mitte die Spektren von Referenzsternen und rechts ist die Analyse-Methode dargestellt.
Besonders auffällig in den Spektren sind die Absortionslinien des Natrium-Dubletts bei 5890 und 5896 Ångstrøm. Diese sind in den Galaxienspektren (links) im Gegensatz zu den Sternspektren sowohl rotverschoben als auch verbreitert. Wenn man ein Sternspektrum künstlich verschiebt, verbreitert und skaliert, so daß es an das Galaxienspektrum angepasst ist (siehe rechts), kann man die Geschwindigkeitsdispersion der Sterne in der Galaxie ableiten, die zum "wiegen" der Galaxie benötigt wird.
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Credit: Michael Hilker, VLT/UVES, Paranal, Chile (ESO)

Diese Graphen zeigen verschiedene Repräsentationen der Fundamentalebene der Galaxien und Kugelsternhaufen. Fundamentale Parameter sind die absolute Helligkeit im visuellen Magnitudenband (in Sonnenleuchtkräften), der sogenannte effektive Radius, in dem etwa die Häfte des Galaxienlichts enthalten ist und die zentrale Geschwindigkeitsdispersion, ein Maß dafür, wie schnell sich die Sterne im Galaxienpotetial bewegen. Die Geschwindigkeitsdispersion ist direkt proportinal zur Masse der Galaxie oder des Sternhaufens.
Die Symbole in allen Plots sind wie folgt: blaue Sterne: Kugelsternhaufen unserer Milchstraße; hellblaue Sterne: Kugelsternhaufen der Andromeda Galaxie; Stern in magenta: der größte Sternhaufen der Galaxis omega Centauri; rote Kreise: ultra-kompakte Zwerggalaxien; rote Dreiecke: elliptische Zwerggalaxie FCC 303 (offen) und deren Kern; grüne Quadrate: elliptische Zwerggalaxien (offen) und deren Kerne; dunkelgrüne Pentagone: elliptische Riesengalaxien. Die gestrichelte Linie erklärt das Szenario wie aus den Kernen von elliptische Zwerggalaxien ultra-kompakte Zwerggalaxien werden können.
Der erste Graph zeigt die Geschwindigkeitsdispersion in Abhängigkeit der absoluten Magnitude der Objekte ("Masse gegen Leuchtkraft"). Im zweiten Graph ist der effektive Radius gegen die absolute Magnitude dargestellt ("Ausdehnung gegen Leuchtkraft"). Im letzten Graph ist die Geschwindigkeitsdispersion gegen den effektiven Radius geplottet ("Masse gegen Ausdehnung"). Die neu entdeckten ultra-kompakte Zwerggalaxien fallen in einen Bereich, der bisher von keinem bekannten Galaxientyp abgedeckt ist.
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Credit: UCD group (Nature authors)

Weitere Links zum Thema:
Der Nature Artikel
Artikel auf dem Preprint server (astro-ph/0306026)
Hintergrundtext über ultra-compact dwarfs (in Englisch)
Internetseite des Teamleiters Michael Drinkwater (in Englisch)
Noch eine Seite von Michael Drinkwater (in Englisch)
Artikel im New Scientist online

Für die Arbeit wurden die folgenden Teleskope genutzt:
Das Hubble Space Telescope (NASA)
Das Very Large Telescope (European Southern Observatory)
Das 2.5-Meter (100-inch) IrИnИe du Pont Teleskop auf dem Las Campanas Observatory (Carnegie Institution of Washington)
Die Galaxien wurden ursprünglich mit dem 3.9-Meter Anglo-Australian Telescope entdeckt.

Die Teammitglieder sind:
Dr. Michael Drinkwater von der University of Queensland, Australien;
Dr. Michael Gregg von der University of California bei Davis, und dem Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien, USA;
Dr. Michael Hilker von der Sternwarte der Universität Bonn;
Dr. Kenji Bekki und Professor Warrick Couch von der University of New South Wales, Australien;
Dr. Harry Ferguson vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, USA;
Dr. Bryn Jones von der University of Nottingham, Großbritannien;
Dr. Steven Phillipps von der University of Bristol, Großbritannien.

Bei Fragen wenden Sie sich bitte an Dr. Michael Hilker (Tel: 0228-733669, email: mhilker@astro.uni-bonn.de).