Der riesige Galaxienhaufen Abell 3558 – hier ist ein Teil von ihm zu sehen – liegt im Zentrum des noch weit größeren Shapley-Superhaufen, einer sehr dichten Region des Universums.
Die Grafik verdeutlicht mittlere Sterngeschwindigkeiten: die blau markierten Teile nähern, rote entfernen sich. Die Rotation um die große Achse (rechts) trifft nur auf einen Teil der Galaxien zu, der für massereiche Galaxien zunimmt.
Potsdam – Ein internationales Team von Astronomen hat bei der Untersuchung der Umlaufbahnen von Sternen in massereichen Galaxien eine überraschende Entdeckung gemacht: Während sich die eine Hälfte der untersuchten Galaxien wie erwartet um ihre kleine Achse dreht, rotiert die andere Hälfte um ihre Längsachse. Wie die Forscher nun in den "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" berichten, könnte diese ungewöhnliche Rotation die Folge einer speziellen Form von Galaxienkollisionen sein.
Die Vermessung der Sternenbewegungen innerhalb von Galaxien erlaubt Rückschlüsse auf die innere Struktur von Galaxien, ihre dreidimensionale Form und das zugrunde liegende Gravitationspotential. Um die größten und massereichsten Galaxien zu untersuchen, beobachtete ein Team von Wissenschaftern unter der Leitung von Davor Krajnovic vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) besonders helle Galaxien bis zu einer Entfernung von 800 Millionen Lichtjahren.
Seltene, massereiche Galaxien
Diese existieren in den dichtesten Regionen des Universums – beispielsweise in Galaxienhaufen wie dem Shapley-Superhaufen. Zudem sind sie sehr selten und etwa einhundertmal massereicher als unsere Heimatgalaxie Milchstraße, die bereits eine Sternenmasse von 60 Milliarden Sonnen aufweist. Die massereichsten Galaxien sind außerdem nahezu gasfrei, zeigen keine Sternentstehungsaktivität und ihre Sterne sind mindestens 10 Milliarden Jahre alt.
Leider sind diese Galaxien zu weit von uns entfernt, um einzelne Sterne und deren Bewegung beobachten zu können. Deshalb vermisst man die durchschnittlichen Bewegungen der Sterne in bestimmten Regionen. "Dafür sind Integralfeld-Spektrographen besonders gut geeignet", erklärt Krajnovic. "Wir beobachteten die Galaxien mit MUSE, dem wunderbaren Integralfeld-Spektrographen am Very Large Telescope der ESO auf dem Cerro Paranal in Chile. Massereiche Galaxien können alle möglichen Bewegungsmuster aufweisen – einige ähneln rotierenden Frisbees, andere zeigen keinen spezifischen Rotationssinn. Die Form Letzterer erinnert an runde Bälle oder vielleicht Rugbybälle. Wir haben die massereichsten Galaxien beobachtet und festgestellt, dass sie sich von anderen Galaxien unterscheiden."
Der Großteil der Galaxien mittlerer Masse weist sehr regelmäßige stellare Bewegungsmuster auf, wie man sie auch von Scheibengalaxien wie unserer Milchstraße kennt. Zusätzlich zu der geordneten Bewegung der Sterne gibt es auch einen klar definierten Drehsinn um die kleine Achse des Objekts; der Drehimpuls ist an der kleinen Achse einer abgeflachten Kugel ausgerichtet.
Rugbybälle sind häufiger als gedacht
"Wir wussten, dass nur 15 Prozent der Galaxien mittlerer Masse unregelmäßige Bewegungsmuster aufweisen oder sogar generell wenig Rotation zeigen", sagt Krajnovic. "Für solche Galaxien ist der Gesamtdrehimpulsvektor oft nicht an einer der Hauptachsen der Galaxie ausgerichtet und sie haben eine sphärische Form oder sind leicht langgezogen, ähnlich wie Rugbybälle. Einige von ihnen haben eine interessante Ausrichtung und rotieren um die längste Achse der Galaxie. Bisher waren nur wenige Fälle bekannt."
In der nun erschienen Studie stellten die Astronomen fest, dass diese galaktischen "rotierenden Rugbybälle" viel häufiger vorkommen als bisher angenommen, sobald man das extreme Ende der Galaxienpopulation betrachtet: die massereichsten Galaxien im Universum.
Kosmische Frontalkollision
Das Ergebnis ist bemerkenswert, da es auf ein sehr spezifisches Formationsszenario für die massereichsten Galaxien hinweist. Numerische Simulationen zeigen, dass die Rotation entlang der großen Achse durch die Verschmelzung zweier massereicher Galaxien mit ähnlicher Größe (und Masse) erzeugt werden kann, wenn diese sich auf speziellen Bahnen ereignet: eine Art Frontalzusammenstoß im Weltraum.
Diese Galaxienkollisionen sind gewaltige Ereignisse, die die inneren Strukturen der Vorläufergalaxien vollständig umformen. Die verschmolzene Galaxie ähnelt einem drehenden Rugbyball. Die inneren stellaren Bahnen werden zudem viel komplexer. Dies führt zu einer Kinematik, bei der die einfache geordnete Bewegung durch eine komplexe Strömung um eine der drei Hauptachsen eines Sphäroids ersetzt wird. Die massereichsten Galaxien stehen am Ende der Galaxienbildung und erweisen sich als sehr komplexe Sternsysteme. Die Studie trägt dazu bei, das Geheimnis der Entstehung dieser gewaltigsten galaktischen Systeme zu enthüllen. (red, 25.5.2018)