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<blockquote data-quote="H2SO4" data-source="post: 91604" data-attributes="member: 2506"><p>Die Beobachtung des Zentrums der Milchstraße im optischen Bereich wird durch die hohe Dichte an Sternen und Interstellarer Materie sehr erschwert, weil die Strahlung durch Streuung erheblich abgeschwächt wird. So bleibt uns nur übrig, unsere Eindrücke von den Vorgängen im galaktischen Zentrum durch radioastronomische Untersuchungen und solche im IR- und Röntgenbereich zu gewinnen.</p><p>Das Zentrum befindet sich in Richtung des Sternbilds Sagittarius in einer Entfernung von 7,9 [Kpc] (= 26 000 Lichtjahre). Aus den Infrarot- Messungen kann man auf die Sterndichte im Zentrum schließen: In einer Kugel von 150 [pc] Durchmesser um das Zentrum befinden sich 10 Milliarden Sonnenmassen, im Abstand von nur noch 0,4 [pc] sind es immerhin noch beachtliche 5 Millionen. Vermutlich wird die IR- Strahlung überwiegend von Roten Riesen emittiert.</p><p></p><p>MilchstraßenzentrumDie Lage des Milchstraßenzentrums. Zu erkennen sind noch einige zum Sternbild Sagittarius gehörende Sterne. Auch findet sich in dieser Zone eine ungewöhnlich hohe Konzentration Interstellarer Materie, wie Beobachtungen im 21 [cm]- Bereich zeigen. Vom Zentrum erstreckt sich die Materie bis zu 750 [Kpc] weit in die galaktische Ebene hinaus, senkrecht zur Ebene beträgt die Ausdehnung 200 [pc]. Bei weiterer Annäherung an das Zentrum auf etwa 3 [Kpc] stellt man schnell strömende Gasmassen fest. Hier driften einige 10 Millionen Sonnenmassen spiralförmig mit mehr als 170 [Km/s] nach außen weg. Das lässt die Astronomen auf eine gewaltige Explosion schließen, die vor 10 bis 15 Millionen Jahren stattgefunden haben mag. Diese Strahlungsquelle wird als Sagittarius-A-Ost bezeichnet.</p><p></p><p>Unterhalb einer Distanz von 1 [pc] zum Zentrum steigt die Temperatur des Gas- und Staubgemisches erheblich an. Das liegt an der nun sehr hohen Sternkonzentration, deren enorme Strahlungsdichte die Materie tüchtig aufheizt. Deshalb ist die Kernregion auch eine starke Quelle intensiver Infrarotstrahlung. Seltsamerweise findet man hier auch heiße, junge Sterne des Typs Blauer Überriese. Noch ist völlig unklar, wie sie dort entstehen bzw. zuwandern konnten.</p><p></p><p>Die Quelle Sagittarius- A*In diesem Bild sieht man unser galaktisches Zentrum, die so genannte Quelle Sagittarius A*, (SgrA*). Sie ist eingebettet in die Radioquelle Sagittarius-A-West, welche einen Durchmesser von 2 [pc] aufweist. Diese Aufnahme im Röntgenlicht wurde vom Satelliten Chandra gemacht und zeigt eine Region von 10 Lichtjahren um das Zentrum. Man sieht die deshalb im Röntgenbereich strahlende Materiewolke, weil sie durch Schockwellen, Supernovaexplosionen und die intensive Strahlung vieler junger Sterne auf Millionen von [K] erhitzt wird. Hinzu kommt vermutlich eine enorme Reibungsenergie, denn die Materie umströmt den hellen Fleck in der Bildmitte- ein sehr massives Schwarzes Loch!</p><p></p><p>Von der Quelle Sagittarius-A-West gehen starke Materieströmungen aus, allerdings ist noch nicht bekannt, ob sie wegdriften oder vom Zentrum akkretiert werden. Das Zentrum könnte hypothetisch auch aus vielen heißen, jungen Sternen bestehen, welche das umgebende Gas ionisieren, jedoch ist ein Schwarzes Loch wahrscheinlicher. Denn Sterne in solch dichter Packung wären längst zu einem kompakten Objekt kollabiert. Eine Akkretionsscheibe ist imstande, durch die enorme Reibung der Scheibenmaterie diese auf sehr hohe Temperaturen aufzuheizen und damit umgebende Gas/Staubwolken anzuregen. Magnetfelder der Materie werden in der Akkretionsscheibe stark komprimiert, diese sind dann in der Lage, Elektronen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, wodurch die beobachtete Synchrotronstrahlung emittiert wird. Aus den Bewegungen der umgebenden Sterne und Materiewolken kann man auf die Masse des zentralen Schwarzen Lochs schließen, sie dürfte nach aktuellen Messungen bei etwa 3,6 ± 0,3 Millionen Sonnenmassen liegen. Diese sind in einem Bereich von nur rund 11 Millionen [Km] Durchmesser vereint, dem Schwarzschildradius eines statischen Schwarzen Lochs. Sollte es rotieren, wovon schon allein aufgrund der bislang aufgesammelten Materie (Drehimpulsübertragung) dringend ausgegangen werden muss, ist das Gebilde noch deutlich kompakter. Zwar ist noch nicht endgültig bewiesen, dass solch ein Gravitationsmonster das galaktische Zentrum bewacht wie eine Spinne ihr Netz. Jedoch gibt es kaum eine alternative Erklärung. In Frage kämen hier lediglich so genannte Grava- oder Holosterne, diese rotieren jedoch nicht.</p><p></p><p>Die im zentralen Bereich erzeugte millionenfache Sonnenleuchtkraft kann durch Einströmen von nur etwa 10-6 Sonnenmassen pro Jahr erzeugt werden. Allerdings befindet sich unser Milchstraßenzentrum im Winterschlaf, vergleicht man es mit anderen Galaxien. Viele weit entfernte und damit junge Sternsysteme weisen die so genannten AGN's auf (engl., Active Galactic Nuclei, aktiver galaktischer Kern), die vielfach die ganze Galaxie überstrahlen. Auch dort werkeln supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren, allerdings mit wesentlich höheren Akkretionsraten als es in unserer Galaxis der Fall ist.</p><p></p><p>Durch die hohe Strahlungsintensität und Materiedichte im Zentrum wird vermutlich die Bildung vieler Moleküle begünstigt. So konnte man ausgedehnte Kohlenmonoxidwolken (CO) entdecken. Die intensivste Strahlungsquelle ist jedoch die oben genannte Quelle Sagittarius A*. Sie ist höchstwahrscheinlich auch identisch mit dem gravitativen Zentrum der Milchstraße. Weitere Strahlungsquellen in der näheren Umgebung werden mit Sagittarius B, B2 usw. bezeichnet. Auch hier erkennt man Strukturen großer Materiebewegungen.</p><p></p><p>Das galaktische ZentrumDiese Aufnahme des VLA (very large array) in Socorro, New Mexico, zeigt die Lage der einzelnen Radioquellen im galaktischen Zentrum bei einer Wellenlänge von 1 [m]. Deutlich tritt die Aktivität der Quelle Sagittarius A hervor. In einem Abstand von nur 17 Lichtstunden umläuft der dem Zentrum nächste Stern S2 selbiges in nur 15 Jahren. In einem halben Lichtjahr Distanz stößt man auf eine Ansammlung von in 100 Jahren umlaufenden Sternen, zu der sogar ein weiteres, 1300 Sonnenmassen schweres Schwarzes Loch gehört. Aufnahmen vom Chandra- Röntgenteleskop lassen sogar vermuten, dass im Abstand von 70 Lichtjahren 10 000 oder 20 000 weitere Schwarze Löcher das Zentrum umrunden.</p><p></p><p>Die Dichte der Gas- und Staubwolken im Zentrum ist mit 1012 Atomen je [cm3] sehr hoch im Vergleich zu üblicher Interstellarer Materie. An der allgemeinen Rotation nimmt die Materie der Kernregion nicht Teil, was man als Zeichen höchster Aktivität deutet. Im Bereich unter 10 [pc] steigt die Materiedichte soweit an, dass die Wolken instabil werden, was zu einer hohen Sternentstehungsrate führt. Hier bilden sich sehr schnell massereiche Sterne, die sich wiederum schnell entwickeln und an ihrem Ende durch heftige Supernovaexplosionen das galaktische Zentrum zusätzlich erschüttern.</p><p></p><p>Die fantastische Technik heutiger Großteleskope macht es möglich:</p><p></p><p>Das galaktische Zentrum Wir schauen in einer beeindruckenden Aufnahme der Infrarotkamera NACO der ESO, eine Kombination aus einer Infrarotkamera (CONICA) und einem Gerät (NAOS), welches während der Aufnahme die Störungen durch die Unruhe der Atmosphäre ausgleicht, auf die inneren 2 Lichtjahre der Milchstraße. Durch Pfeile gekennzeichnet ist das absolute Zentrum SgrA*. Das Bild ist eine Kombination von Aufnahmen dreier verschiedener Wellenlängen zwischen 1,6 and 3,5 [µm], gewonnen mit dem 8,2 [m]- Teleskop YEPUN. Die zu sehenden Sterne stehen in der Nähe des Zentrums, ihre Farbe zeigt ihre Temperatur an: Blau sind heiße Sterne, rot kühlere. </p><p></p><p>Während man die Infrarotwellenlängen benutzt, um Bewegungen von Sternen um das galaktische Zentrum zu erschließen, dienen Radiowellen (siehe weiter oben, VLA) und Röntgenstrahlung zur Detektion Interstellarer Materie. Wir sehen in einer Falschfarbenaufnahme des Chandra- Observatoriums einen Bereich von 130 Lichtjahren um das galaktische Zentrum. SgrA* ist in der hellsten Stelle der Bildmitte zu finden. Wie zu erkennen, ist das Milchstraßenzentrum eine energiereiche Region von über 2000 entdeckten Röntgenquellen, eingebettet in ein einige Millionen Grad heißes Plasma von Dutzenden Lichtjahren Ausdehnung. Man hat während der 164 Stunden dauernden Belichtungszeit quasi das Alltagsleben des Schwarzen Lochs beobachtet, welches gekennzeichnet ist von mehreren Ausbrüchen und unterschiedlich großen Explosionen während dieser Zeit, die wohl direkt in der Nähe des Ereignishorizontes stattfanden. Zwar wissen wir noch nicht genau, welche dramatischen Ereignisse sich dort abspielen, doch ist unser Schwarzes Loch im Zentrum im Vergleich zu anderen Galaxien eher ein "ruhiger Vertreter". Ausbuchtungen im Plasma, die 20 Millionen Grad heiß sind und Dutzende Lichtjahre entfernt zeigen den Astronomen allerdings, dass in den vergangenen 10 000 Jahren einige gewaltige Explosionen stattgefunden haben müssen. </p><p></p><p>Das bereits oben erwähnte Instrument NACO der ESO zeigt uns nochmals das Milchstraßenzentrum mit der kompakten Radioquelle SgrA* (Kreuz im linken, Kreis im rechten Bild). Zwischen 1992 und 2002 wurde die Bahn des Sterns S2 beobachtet (auch mit anderen Instrumenten, wie z.B. dem Keck- Teleskop), die einzelnen Positionsmessungen ergeben eine stark elliptische Bahn (Exzentrizität: 0,87!). Die Größe der Kreuze spiegelt die Messungenauigkeit wider. 2002 erreichte S2 seine größte Annäherung an das galaktische Zentrum, er war hier 17 Lichtstunden (1,84 × 1010 [Km]) entfernt, das ist etwa der dreifache Radius der Plutobahn. Hier hatte der Stern eine Bahngeschwindigkeit von 5000 [Km/s], 200 Mal so schnell wie die Erde auf ihrer Bahn. Ein Umlauf dauert genau 15,2 Jahre, wobei sich der Stern bis zu 10 Lichttagen vom Zentrum entfernt (2,6 × 1011 [Km]). </p><p></p><p>Die Vorgänge im Zentrum unserer Galaxie sind sehr komplex und vielfältig und ihre Bewertung ist trotz unserer weit fortgeschrittenen Beobachtungstechnik noch immer unsicher. Jedoch beobachten wir auch in vielen anderen Galaxien Aktivitäten in deren Zentren. Abhängig sind diese Aktivitäten scheinbar auch von der Größe der Galaxie. In jedem Fall aber werden an solchen Orten ungeheure Energiemengen um- und freigesetzt, die man nur durch extreme gravitative Einwirkung auf Materie erklären kann. Und, wie bereits öfter angedeutet, können derartig massive Gravitationsfelder nur von Schwarzen Löchern ausgehen, es gibt im Kosmos keine Alternativen hierzu. Sicherlich werden in den Zentren solcher Aktivitäten auch starke Gravitationswellen erzeugt, so es sie gibt, und man sucht derzeit nach Lösungen für ihren Nachweis. Sie würden uns bestimmt viel zu erzählen haben über die geheimnisvolle Nabe unserer Galaxis.</p><p></p><p>Zum Abschluss noch einige Daten zu unserer Milchstraße:</p><p></p><p>Hubble- Typ SBc</p><p>Radius 17 [Kpc]</p><p>Kern 5 [Kpc]</p><p>Balken 8,3 [Kpc]</p><p>Scheibe 1 [Kpc]</p><p>Halo 100 [Kpc]</p><p>Korona 200 [Kpc] ?</p><p>Abstand Sonne-Zentrum 7,7 [Kpc]</p><p>Abstand Sonne-Ebene 12 [pc] nördlich</p><p>Geschwindigkeit der Sonne 225 [Km/s]</p><p>1 Umlauf um das Zentrum 210 Millionen Jahre</p><p>Gesamtmasse (leuchtend) 2 × 1011- 1012 Sonnenmassen</p><p>Scheibenmasse 1,8 × 1011 Sonnenmassen</p><p>Dunkle Materie 1 Billion Sonnenmassen ?</p><p>Sterne schwächer als M = +3: 85%</p><p>Interstellares Gas: 4%</p><p>Interstellarer Staub: 0,24%</p><p>Anzahl Kugelhaufen 200- 300</p><p>Anzahl offener Haufen 30 000</p><p></p><p>Nahe dem Stern Gamma des Sternbilds Andromeda kann man das am weitesten von uns entfernte Objekt (etwa 2,2 Millionen Lichtjahre) erblicken, welches sich noch mit bloßem Auge erkennen lässt, die Andromeda- Galaxie.</p><p></p><p>Sternbild Andromeda Aus nebenstehender kleiner Sternkarte ist die Lage der Andromeda- Galaxie ersichtlich. Sie trägt die Bezeichnung M 31 des Messier- Kataloges bzw. NGC 224 (New General Catalogue). Angedeutet sind auch ihre beiden größten Begleitgalaxien M 32 und NGC 205. Die Andromeda- Galaxie ist eine Spiralgalaxie vom Typ Sb. Leider können wir sie nur verzerrt sehen, denn sie ist um 13° gegen unsere Sichtlinie geneigt.</p><p></p><p>Bereits im Jahre 1924 hat Edwin Hubble (1898- 1953) in den äußeren Spiralarmen Einzelsterne auflösen können, 1944 gelang dies Walter Baade (1893- 1960) auch in der Zentralregion. Er konnte hier Cepheiden, Novae, Riesensterne, Kugelsternhaufen und Interstellare Materie nachweisen.</p><p></p><p>Andromeda- Galaxie Betrachtet man die Galaxie, erkennt man deutlich den großen Anteil Interstellarer Materie in den Spiralarmen. Hier liegen die Kinderstuben vieler junger Sterne. Die Zone der Interstellaren Materie ist nur wenige 100 [pc] dick und um die Hauptebene des Systems angeordnet. In den äußeren Randzonen sind keine Staubwolken ersichtlich.</p><p></p><p>Das Zentralgebiet</p><p></p><p>Das Zentralgebiet der Andromeda- Galaxie besteht aus einem klein erscheinenden, sternartigen Kern mit einem Durchmesser von etwa 6 [pc]. Dieses Gebiet lässt sich nicht in Einzelsterne auflösen, man weiß aber heute, dass wie in unserer Milchstraße im Zentrum der Galaxie ein Schwarzes Loch von millionenfacher Sonnenmasse sein "Unwesen" treibt.</p><p></p><p>Zentralgebiet der Andromeda- GalaxieIm absoluten Zentrum von M 31 ist seltsamerweise ein doppelter Kern vorhanden. Das zeigt uns diese Aufnahme des Hubble- Teleskops von 1991. Das dargestellte Gebiet umfasst gerade 30 Lichtjahre und zeigt, wie zwei Schwarze Löcher nebeneinander existieren. Man führt diese Erscheinung heute darauf zurück, dass die Andromeda- Galaxie vor langer Zeit mit einer anderen verschmolzen ist und sich ihre Materie "einverleibt" hat, wobei sie auch deren Zentralgebiet einfing.</p><p></p><p>Eine andere Sicht des Zentrums der Andromeda- Galaxie zeigt uns diese Aufnahme, die das Chandra- Röntgenteleskop machte. Es zeigt viele einzelne Röntgenquellen, darunter auch das absolute Zentrum, etwa in der Mitte mit dem kleinen blauen Fleck. In dieser Zone befindet sich das supermassive Schwarze Loch, das wahrscheinlich sogar aus zwei einzelnen besteht (siehe oben). Seltsamerweise ist diese Röntgenquelle mit "nur" 1 Million [K] relativ kühl, man sollte hier aufgrund der Größe des Schwarzen Lochs die zehnfache Temperatur erwarten. Eine Erklärung dafür hat man aber noch nicht.</p><p></p><p>Rotation</p><p></p><p>Wie in unserer Milchstraße, herrscht auch in der Andromeda- Galaxie eine so genannte differentielle Rotation vor. Das bedeutet, dass die Galaxie nicht wie ein starrer Körper rotiert, sondern die verschiedenen Gebiete unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten um den Kern aufweisen.Rotationskurve der Andromeda- Galaxie Vom Zentrum bis zu etwa 5 [pc] Abstand steigt sie recht gleichmäßig auf etwa 60 [Km/s] an. Geht man weiter nach außen, fällt sie aber wieder ab, und zwar bei einem Abstand von 20 [pc] vom Zentrum bis fast auf 0. Nun steigt die Umlaufgeschwindigkeit der Sterne bis zu einem Zentrumsabstand von 400 [pc] wieder an, und zwar bis auf 225 [Km/s]. Hiernach verringert sich die Geschwindigkeit wieder stetig mit größer werdendem Abstand, ein Minimum liegt dann wieder bei etwa 2 [Kpc]. Ein Geschwindigkeitsmaximum von 270 [Km/s] findet sich bei etwa 10 [Kpc] Zentrumsentfernung. Bei einer Distanz von 9 [Kpc], was etwa der Entfernung der Sonne vom Milchstraßenzentrum entspricht, beträgt die Umlaufgeschwindigkeit 225 [Km/s]. Dies entspricht der Sonnengeschwindigkeit, ein Stern in diesem Abstand benötigt demzufolge ebenfalls 220 Millionen Jahre für einen Umlauf um das Zentrum der Andromeda- Galaxie.</p><p>Die kleine Skizze verdeutlicht die Rotationsverhältnisse.</p><p>Zum Rand der Galaxie hin sinkt die Rotationsgeschwindigkeit nun langsam ab, bleibt aber ab rund 20 [Kpc] Abstand bis zum äußeren Rand konstant bei 220 [Km/s].</p><p></p><p>Aus den Rotationsverhältnissen der Galaxie kann man nun auf die Massenverteilung schließen. Dabei kommt man heute zu dem Ergebnis, dass im Kern eine Masse von etwa 107 Sonnenmassen konzentriert ist. Im Zentrum, bis zu einem Abstand vom Mittelpunkt von 2 [pc], rechnet man mit 6x109 Sonnenmassen, bei 25 [pc] werden es 2x1011 sein. Wie in unserer Milchstraße, sinkt die Rotationsgeschwindigkeit bis etwa 30 [Kpc] nicht ab, weshalb man davon ausgehen kann, dass auch in den Randzonen hohe Massekonzentrationen vorhanden sein müssen. Die Gesamtmasse der Andromeda- Galaxie wird auf rund 4-5 × 1011 Sonnenmassen geschätzt, 1% davon entfällt auf Interstellare Materie.</p><p></p><p>Kugelsternhaufen in AndromedaDas Hubble- Weltraumteleskop hat uns viele neue Erkenntnisse ermöglicht, so auch über die Andromeda- Galaxie. Wie in diesem Bild zu sehen, hat es einen wunderschönen Kugelsternhaufen entdeckt, welcher das Zentrum der Galaxie umkreist. Es ist der hellste bislang bekannte Kugelhaufen in der Lokalen Gruppe und enthält mehr als 300 000 Sterne. Diese Sterne sind so alt wie die in den Kugelhaufen unserer Milchstraße und gehören damit zu den ältesten Objekten des Universums.</p><p></p><p>Wenn man die Andromeda- Galaxie mit der Milchstraße vergleicht, z.B. hinsichtlich Masse, Radius, Leuchtkraft, Rotationsverhältnissen usw., wird deutlich, dass diese Galaxie der unseren sehr ähnelt. Im Gegensatz zu fast allen anderen Galaxien nähert sich Andromeda allerdings unserem System mit etwa 140 [Km/s] (die Angaben schwanken zwischen 120 [Km/s] und 300 [Km/s]), und zwar wahrscheinlich mit zunehmender Geschwindigkeit. Es ist somit nicht zu verhindern, dass unsere beiden Galaxien in rund 3 Milliarden Jahren miteinander verschmelzen werden (auch hier sind die Angaben nicht übereinstimmend, man sagt zwischen 2 und 6 Milliarden Jahre voraus). Wie auch immer, wir werden (leider?) dieses sicher grandiose Schauspiel höchst wahrscheinlich nicht mehr erleben...</p><p></p><p>Begleiter</p><p></p><p>Begleitet wird die Andromeda- Galaxie von weiteren 6 Galaxien, nämlich M 32 (elliptisch), NGC 205 (anormal elliptisch), M 32 NGC 147 sowie Andromeda I, II und III, alles Zwerggalaxien. Alle diese Galaxien gehören wie unsere Milchstraße zur Lokalen Gruppe. Nebenstehende Abbildung zeigt die elliptische Begleitgalaxie M 32. Sie ist eine Zwerggalaxie, bestehend nur aus Sternen, da in ihr Gas oder Staub nicht nachweisbar sind.</p><p></p><p>Galaxien</p></blockquote><p></p>
[QUOTE="H2SO4, post: 91604, member: 2506"] Die Beobachtung des Zentrums der Milchstraße im optischen Bereich wird durch die hohe Dichte an Sternen und Interstellarer Materie sehr erschwert, weil die Strahlung durch Streuung erheblich abgeschwächt wird. So bleibt uns nur übrig, unsere Eindrücke von den Vorgängen im galaktischen Zentrum durch radioastronomische Untersuchungen und solche im IR- und Röntgenbereich zu gewinnen. Das Zentrum befindet sich in Richtung des Sternbilds Sagittarius in einer Entfernung von 7,9 [Kpc] (= 26 000 Lichtjahre). Aus den Infrarot- Messungen kann man auf die Sterndichte im Zentrum schließen: In einer Kugel von 150 [pc] Durchmesser um das Zentrum befinden sich 10 Milliarden Sonnenmassen, im Abstand von nur noch 0,4 [pc] sind es immerhin noch beachtliche 5 Millionen. Vermutlich wird die IR- Strahlung überwiegend von Roten Riesen emittiert. MilchstraßenzentrumDie Lage des Milchstraßenzentrums. Zu erkennen sind noch einige zum Sternbild Sagittarius gehörende Sterne. Auch findet sich in dieser Zone eine ungewöhnlich hohe Konzentration Interstellarer Materie, wie Beobachtungen im 21 [cm]- Bereich zeigen. Vom Zentrum erstreckt sich die Materie bis zu 750 [Kpc] weit in die galaktische Ebene hinaus, senkrecht zur Ebene beträgt die Ausdehnung 200 [pc]. Bei weiterer Annäherung an das Zentrum auf etwa 3 [Kpc] stellt man schnell strömende Gasmassen fest. Hier driften einige 10 Millionen Sonnenmassen spiralförmig mit mehr als 170 [Km/s] nach außen weg. Das lässt die Astronomen auf eine gewaltige Explosion schließen, die vor 10 bis 15 Millionen Jahren stattgefunden haben mag. Diese Strahlungsquelle wird als Sagittarius-A-Ost bezeichnet. Unterhalb einer Distanz von 1 [pc] zum Zentrum steigt die Temperatur des Gas- und Staubgemisches erheblich an. Das liegt an der nun sehr hohen Sternkonzentration, deren enorme Strahlungsdichte die Materie tüchtig aufheizt. Deshalb ist die Kernregion auch eine starke Quelle intensiver Infrarotstrahlung. Seltsamerweise findet man hier auch heiße, junge Sterne des Typs Blauer Überriese. Noch ist völlig unklar, wie sie dort entstehen bzw. zuwandern konnten. Die Quelle Sagittarius- A*In diesem Bild sieht man unser galaktisches Zentrum, die so genannte Quelle Sagittarius A*, (SgrA*). Sie ist eingebettet in die Radioquelle Sagittarius-A-West, welche einen Durchmesser von 2 [pc] aufweist. Diese Aufnahme im Röntgenlicht wurde vom Satelliten Chandra gemacht und zeigt eine Region von 10 Lichtjahren um das Zentrum. Man sieht die deshalb im Röntgenbereich strahlende Materiewolke, weil sie durch Schockwellen, Supernovaexplosionen und die intensive Strahlung vieler junger Sterne auf Millionen von [K] erhitzt wird. Hinzu kommt vermutlich eine enorme Reibungsenergie, denn die Materie umströmt den hellen Fleck in der Bildmitte- ein sehr massives Schwarzes Loch! Von der Quelle Sagittarius-A-West gehen starke Materieströmungen aus, allerdings ist noch nicht bekannt, ob sie wegdriften oder vom Zentrum akkretiert werden. Das Zentrum könnte hypothetisch auch aus vielen heißen, jungen Sternen bestehen, welche das umgebende Gas ionisieren, jedoch ist ein Schwarzes Loch wahrscheinlicher. Denn Sterne in solch dichter Packung wären längst zu einem kompakten Objekt kollabiert. Eine Akkretionsscheibe ist imstande, durch die enorme Reibung der Scheibenmaterie diese auf sehr hohe Temperaturen aufzuheizen und damit umgebende Gas/Staubwolken anzuregen. Magnetfelder der Materie werden in der Akkretionsscheibe stark komprimiert, diese sind dann in der Lage, Elektronen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, wodurch die beobachtete Synchrotronstrahlung emittiert wird. Aus den Bewegungen der umgebenden Sterne und Materiewolken kann man auf die Masse des zentralen Schwarzen Lochs schließen, sie dürfte nach aktuellen Messungen bei etwa 3,6 ± 0,3 Millionen Sonnenmassen liegen. Diese sind in einem Bereich von nur rund 11 Millionen [Km] Durchmesser vereint, dem Schwarzschildradius eines statischen Schwarzen Lochs. Sollte es rotieren, wovon schon allein aufgrund der bislang aufgesammelten Materie (Drehimpulsübertragung) dringend ausgegangen werden muss, ist das Gebilde noch deutlich kompakter. Zwar ist noch nicht endgültig bewiesen, dass solch ein Gravitationsmonster das galaktische Zentrum bewacht wie eine Spinne ihr Netz. Jedoch gibt es kaum eine alternative Erklärung. In Frage kämen hier lediglich so genannte Grava- oder Holosterne, diese rotieren jedoch nicht. Die im zentralen Bereich erzeugte millionenfache Sonnenleuchtkraft kann durch Einströmen von nur etwa 10-6 Sonnenmassen pro Jahr erzeugt werden. Allerdings befindet sich unser Milchstraßenzentrum im Winterschlaf, vergleicht man es mit anderen Galaxien. Viele weit entfernte und damit junge Sternsysteme weisen die so genannten AGN's auf (engl., Active Galactic Nuclei, aktiver galaktischer Kern), die vielfach die ganze Galaxie überstrahlen. Auch dort werkeln supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren, allerdings mit wesentlich höheren Akkretionsraten als es in unserer Galaxis der Fall ist. Durch die hohe Strahlungsintensität und Materiedichte im Zentrum wird vermutlich die Bildung vieler Moleküle begünstigt. So konnte man ausgedehnte Kohlenmonoxidwolken (CO) entdecken. Die intensivste Strahlungsquelle ist jedoch die oben genannte Quelle Sagittarius A*. Sie ist höchstwahrscheinlich auch identisch mit dem gravitativen Zentrum der Milchstraße. Weitere Strahlungsquellen in der näheren Umgebung werden mit Sagittarius B, B2 usw. bezeichnet. Auch hier erkennt man Strukturen großer Materiebewegungen. Das galaktische ZentrumDiese Aufnahme des VLA (very large array) in Socorro, New Mexico, zeigt die Lage der einzelnen Radioquellen im galaktischen Zentrum bei einer Wellenlänge von 1 [m]. Deutlich tritt die Aktivität der Quelle Sagittarius A hervor. In einem Abstand von nur 17 Lichtstunden umläuft der dem Zentrum nächste Stern S2 selbiges in nur 15 Jahren. In einem halben Lichtjahr Distanz stößt man auf eine Ansammlung von in 100 Jahren umlaufenden Sternen, zu der sogar ein weiteres, 1300 Sonnenmassen schweres Schwarzes Loch gehört. Aufnahmen vom Chandra- Röntgenteleskop lassen sogar vermuten, dass im Abstand von 70 Lichtjahren 10 000 oder 20 000 weitere Schwarze Löcher das Zentrum umrunden. Die Dichte der Gas- und Staubwolken im Zentrum ist mit 1012 Atomen je [cm3] sehr hoch im Vergleich zu üblicher Interstellarer Materie. An der allgemeinen Rotation nimmt die Materie der Kernregion nicht Teil, was man als Zeichen höchster Aktivität deutet. Im Bereich unter 10 [pc] steigt die Materiedichte soweit an, dass die Wolken instabil werden, was zu einer hohen Sternentstehungsrate führt. Hier bilden sich sehr schnell massereiche Sterne, die sich wiederum schnell entwickeln und an ihrem Ende durch heftige Supernovaexplosionen das galaktische Zentrum zusätzlich erschüttern. Die fantastische Technik heutiger Großteleskope macht es möglich: Das galaktische Zentrum Wir schauen in einer beeindruckenden Aufnahme der Infrarotkamera NACO der ESO, eine Kombination aus einer Infrarotkamera (CONICA) und einem Gerät (NAOS), welches während der Aufnahme die Störungen durch die Unruhe der Atmosphäre ausgleicht, auf die inneren 2 Lichtjahre der Milchstraße. Durch Pfeile gekennzeichnet ist das absolute Zentrum SgrA*. Das Bild ist eine Kombination von Aufnahmen dreier verschiedener Wellenlängen zwischen 1,6 and 3,5 [µm], gewonnen mit dem 8,2 [m]- Teleskop YEPUN. Die zu sehenden Sterne stehen in der Nähe des Zentrums, ihre Farbe zeigt ihre Temperatur an: Blau sind heiße Sterne, rot kühlere. Während man die Infrarotwellenlängen benutzt, um Bewegungen von Sternen um das galaktische Zentrum zu erschließen, dienen Radiowellen (siehe weiter oben, VLA) und Röntgenstrahlung zur Detektion Interstellarer Materie. Wir sehen in einer Falschfarbenaufnahme des Chandra- Observatoriums einen Bereich von 130 Lichtjahren um das galaktische Zentrum. SgrA* ist in der hellsten Stelle der Bildmitte zu finden. Wie zu erkennen, ist das Milchstraßenzentrum eine energiereiche Region von über 2000 entdeckten Röntgenquellen, eingebettet in ein einige Millionen Grad heißes Plasma von Dutzenden Lichtjahren Ausdehnung. Man hat während der 164 Stunden dauernden Belichtungszeit quasi das Alltagsleben des Schwarzen Lochs beobachtet, welches gekennzeichnet ist von mehreren Ausbrüchen und unterschiedlich großen Explosionen während dieser Zeit, die wohl direkt in der Nähe des Ereignishorizontes stattfanden. Zwar wissen wir noch nicht genau, welche dramatischen Ereignisse sich dort abspielen, doch ist unser Schwarzes Loch im Zentrum im Vergleich zu anderen Galaxien eher ein "ruhiger Vertreter". Ausbuchtungen im Plasma, die 20 Millionen Grad heiß sind und Dutzende Lichtjahre entfernt zeigen den Astronomen allerdings, dass in den vergangenen 10 000 Jahren einige gewaltige Explosionen stattgefunden haben müssen. Das bereits oben erwähnte Instrument NACO der ESO zeigt uns nochmals das Milchstraßenzentrum mit der kompakten Radioquelle SgrA* (Kreuz im linken, Kreis im rechten Bild). Zwischen 1992 und 2002 wurde die Bahn des Sterns S2 beobachtet (auch mit anderen Instrumenten, wie z.B. dem Keck- Teleskop), die einzelnen Positionsmessungen ergeben eine stark elliptische Bahn (Exzentrizität: 0,87!). Die Größe der Kreuze spiegelt die Messungenauigkeit wider. 2002 erreichte S2 seine größte Annäherung an das galaktische Zentrum, er war hier 17 Lichtstunden (1,84 × 1010 [Km]) entfernt, das ist etwa der dreifache Radius der Plutobahn. Hier hatte der Stern eine Bahngeschwindigkeit von 5000 [Km/s], 200 Mal so schnell wie die Erde auf ihrer Bahn. Ein Umlauf dauert genau 15,2 Jahre, wobei sich der Stern bis zu 10 Lichttagen vom Zentrum entfernt (2,6 × 1011 [Km]). Die Vorgänge im Zentrum unserer Galaxie sind sehr komplex und vielfältig und ihre Bewertung ist trotz unserer weit fortgeschrittenen Beobachtungstechnik noch immer unsicher. Jedoch beobachten wir auch in vielen anderen Galaxien Aktivitäten in deren Zentren. Abhängig sind diese Aktivitäten scheinbar auch von der Größe der Galaxie. In jedem Fall aber werden an solchen Orten ungeheure Energiemengen um- und freigesetzt, die man nur durch extreme gravitative Einwirkung auf Materie erklären kann. Und, wie bereits öfter angedeutet, können derartig massive Gravitationsfelder nur von Schwarzen Löchern ausgehen, es gibt im Kosmos keine Alternativen hierzu. Sicherlich werden in den Zentren solcher Aktivitäten auch starke Gravitationswellen erzeugt, so es sie gibt, und man sucht derzeit nach Lösungen für ihren Nachweis. Sie würden uns bestimmt viel zu erzählen haben über die geheimnisvolle Nabe unserer Galaxis. Zum Abschluss noch einige Daten zu unserer Milchstraße: Hubble- Typ SBc Radius 17 [Kpc] Kern 5 [Kpc] Balken 8,3 [Kpc] Scheibe 1 [Kpc] Halo 100 [Kpc] Korona 200 [Kpc] ? Abstand Sonne-Zentrum 7,7 [Kpc] Abstand Sonne-Ebene 12 [pc] nördlich Geschwindigkeit der Sonne 225 [Km/s] 1 Umlauf um das Zentrum 210 Millionen Jahre Gesamtmasse (leuchtend) 2 × 1011- 1012 Sonnenmassen Scheibenmasse 1,8 × 1011 Sonnenmassen Dunkle Materie 1 Billion Sonnenmassen ? Sterne schwächer als M = +3: 85% Interstellares Gas: 4% Interstellarer Staub: 0,24% Anzahl Kugelhaufen 200- 300 Anzahl offener Haufen 30 000 Nahe dem Stern Gamma des Sternbilds Andromeda kann man das am weitesten von uns entfernte Objekt (etwa 2,2 Millionen Lichtjahre) erblicken, welches sich noch mit bloßem Auge erkennen lässt, die Andromeda- Galaxie. Sternbild Andromeda Aus nebenstehender kleiner Sternkarte ist die Lage der Andromeda- Galaxie ersichtlich. Sie trägt die Bezeichnung M 31 des Messier- Kataloges bzw. NGC 224 (New General Catalogue). Angedeutet sind auch ihre beiden größten Begleitgalaxien M 32 und NGC 205. Die Andromeda- Galaxie ist eine Spiralgalaxie vom Typ Sb. Leider können wir sie nur verzerrt sehen, denn sie ist um 13° gegen unsere Sichtlinie geneigt. Bereits im Jahre 1924 hat Edwin Hubble (1898- 1953) in den äußeren Spiralarmen Einzelsterne auflösen können, 1944 gelang dies Walter Baade (1893- 1960) auch in der Zentralregion. Er konnte hier Cepheiden, Novae, Riesensterne, Kugelsternhaufen und Interstellare Materie nachweisen. Andromeda- Galaxie Betrachtet man die Galaxie, erkennt man deutlich den großen Anteil Interstellarer Materie in den Spiralarmen. Hier liegen die Kinderstuben vieler junger Sterne. Die Zone der Interstellaren Materie ist nur wenige 100 [pc] dick und um die Hauptebene des Systems angeordnet. In den äußeren Randzonen sind keine Staubwolken ersichtlich. Das Zentralgebiet Das Zentralgebiet der Andromeda- Galaxie besteht aus einem klein erscheinenden, sternartigen Kern mit einem Durchmesser von etwa 6 [pc]. Dieses Gebiet lässt sich nicht in Einzelsterne auflösen, man weiß aber heute, dass wie in unserer Milchstraße im Zentrum der Galaxie ein Schwarzes Loch von millionenfacher Sonnenmasse sein "Unwesen" treibt. Zentralgebiet der Andromeda- GalaxieIm absoluten Zentrum von M 31 ist seltsamerweise ein doppelter Kern vorhanden. Das zeigt uns diese Aufnahme des Hubble- Teleskops von 1991. Das dargestellte Gebiet umfasst gerade 30 Lichtjahre und zeigt, wie zwei Schwarze Löcher nebeneinander existieren. Man führt diese Erscheinung heute darauf zurück, dass die Andromeda- Galaxie vor langer Zeit mit einer anderen verschmolzen ist und sich ihre Materie "einverleibt" hat, wobei sie auch deren Zentralgebiet einfing. Eine andere Sicht des Zentrums der Andromeda- Galaxie zeigt uns diese Aufnahme, die das Chandra- Röntgenteleskop machte. Es zeigt viele einzelne Röntgenquellen, darunter auch das absolute Zentrum, etwa in der Mitte mit dem kleinen blauen Fleck. In dieser Zone befindet sich das supermassive Schwarze Loch, das wahrscheinlich sogar aus zwei einzelnen besteht (siehe oben). Seltsamerweise ist diese Röntgenquelle mit "nur" 1 Million [K] relativ kühl, man sollte hier aufgrund der Größe des Schwarzen Lochs die zehnfache Temperatur erwarten. Eine Erklärung dafür hat man aber noch nicht. Rotation Wie in unserer Milchstraße, herrscht auch in der Andromeda- Galaxie eine so genannte differentielle Rotation vor. Das bedeutet, dass die Galaxie nicht wie ein starrer Körper rotiert, sondern die verschiedenen Gebiete unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten um den Kern aufweisen.Rotationskurve der Andromeda- Galaxie Vom Zentrum bis zu etwa 5 [pc] Abstand steigt sie recht gleichmäßig auf etwa 60 [Km/s] an. Geht man weiter nach außen, fällt sie aber wieder ab, und zwar bei einem Abstand von 20 [pc] vom Zentrum bis fast auf 0. Nun steigt die Umlaufgeschwindigkeit der Sterne bis zu einem Zentrumsabstand von 400 [pc] wieder an, und zwar bis auf 225 [Km/s]. Hiernach verringert sich die Geschwindigkeit wieder stetig mit größer werdendem Abstand, ein Minimum liegt dann wieder bei etwa 2 [Kpc]. Ein Geschwindigkeitsmaximum von 270 [Km/s] findet sich bei etwa 10 [Kpc] Zentrumsentfernung. Bei einer Distanz von 9 [Kpc], was etwa der Entfernung der Sonne vom Milchstraßenzentrum entspricht, beträgt die Umlaufgeschwindigkeit 225 [Km/s]. Dies entspricht der Sonnengeschwindigkeit, ein Stern in diesem Abstand benötigt demzufolge ebenfalls 220 Millionen Jahre für einen Umlauf um das Zentrum der Andromeda- Galaxie. Die kleine Skizze verdeutlicht die Rotationsverhältnisse. Zum Rand der Galaxie hin sinkt die Rotationsgeschwindigkeit nun langsam ab, bleibt aber ab rund 20 [Kpc] Abstand bis zum äußeren Rand konstant bei 220 [Km/s]. Aus den Rotationsverhältnissen der Galaxie kann man nun auf die Massenverteilung schließen. Dabei kommt man heute zu dem Ergebnis, dass im Kern eine Masse von etwa 107 Sonnenmassen konzentriert ist. Im Zentrum, bis zu einem Abstand vom Mittelpunkt von 2 [pc], rechnet man mit 6x109 Sonnenmassen, bei 25 [pc] werden es 2x1011 sein. Wie in unserer Milchstraße, sinkt die Rotationsgeschwindigkeit bis etwa 30 [Kpc] nicht ab, weshalb man davon ausgehen kann, dass auch in den Randzonen hohe Massekonzentrationen vorhanden sein müssen. Die Gesamtmasse der Andromeda- Galaxie wird auf rund 4-5 × 1011 Sonnenmassen geschätzt, 1% davon entfällt auf Interstellare Materie. Kugelsternhaufen in AndromedaDas Hubble- Weltraumteleskop hat uns viele neue Erkenntnisse ermöglicht, so auch über die Andromeda- Galaxie. Wie in diesem Bild zu sehen, hat es einen wunderschönen Kugelsternhaufen entdeckt, welcher das Zentrum der Galaxie umkreist. Es ist der hellste bislang bekannte Kugelhaufen in der Lokalen Gruppe und enthält mehr als 300 000 Sterne. Diese Sterne sind so alt wie die in den Kugelhaufen unserer Milchstraße und gehören damit zu den ältesten Objekten des Universums. Wenn man die Andromeda- Galaxie mit der Milchstraße vergleicht, z.B. hinsichtlich Masse, Radius, Leuchtkraft, Rotationsverhältnissen usw., wird deutlich, dass diese Galaxie der unseren sehr ähnelt. Im Gegensatz zu fast allen anderen Galaxien nähert sich Andromeda allerdings unserem System mit etwa 140 [Km/s] (die Angaben schwanken zwischen 120 [Km/s] und 300 [Km/s]), und zwar wahrscheinlich mit zunehmender Geschwindigkeit. Es ist somit nicht zu verhindern, dass unsere beiden Galaxien in rund 3 Milliarden Jahren miteinander verschmelzen werden (auch hier sind die Angaben nicht übereinstimmend, man sagt zwischen 2 und 6 Milliarden Jahre voraus). Wie auch immer, wir werden (leider?) dieses sicher grandiose Schauspiel höchst wahrscheinlich nicht mehr erleben... Begleiter Begleitet wird die Andromeda- Galaxie von weiteren 6 Galaxien, nämlich M 32 (elliptisch), NGC 205 (anormal elliptisch), M 32 NGC 147 sowie Andromeda I, II und III, alles Zwerggalaxien. Alle diese Galaxien gehören wie unsere Milchstraße zur Lokalen Gruppe. Nebenstehende Abbildung zeigt die elliptische Begleitgalaxie M 32. Sie ist eine Zwerggalaxie, bestehend nur aus Sternen, da in ihr Gas oder Staub nicht nachweisbar sind. Galaxien [/QUOTE]
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