Eine gigantische Sanduhr in der Milchstraße

Das Röntgenobservatorium eROSITA findet ober- und unterhalb der galaktischen Scheibe riesige Blasen aus heißem Gas

9. Dezember 2020

Die erste vollständige Himmelsdurchmusterung mit dem Röntgenteleskop eROSITA an Bord des SRG-Observatoriums hat eine große Struktur in der Milchstraße aufgezeigt, die wie eine gigantische Sanduhr aussieht. Diese "eROSITA-Blasen" zeigen eine verblüffende Ähnlichkeit mit den Fermi-Blasen, die vor einem Jahrzehnt bei noch höheren Energien entdeckt wurden. Die wahrscheinlichste Erklärung für diese enormen Gasblasen ist, dass vor langer Zeit aus dem galaktischen Zentrum ein massiver Energieeintrag in die heiße Gashülle um unsere Galaxie stattfand, der zu riesigen Schockwellen führte.

Blasen in der Galaxis: In dieser Falschfarbenkarte ist die ausgedehnte Emission der eROSITA-Blasen bei Energien von 0,6-1,0 keV hervorgehoben. Der Bei Bild vergrößern

Blasen in der Galaxis: In dieser Falschfarbenkarte ist die ausgedehnte Emission der eROSITA-Blasen bei Energien von 0,6-1,0 keV hervorgehoben. Der Beitrag der Punktquellen wurde entfernt und die Skalierung angepasst, um großräumige Strukturen in unserer Galaxie deutlicher hervortreten zu lassen.

Astronomen haben in der ersten vollständigen Himmelskarte des Röntgenteleskops eROSITA an Bord des SRG-Observatoriums eine auffallende Entdeckung gemacht: eine riesige kreisrunde Struktur aus heißem Gas unterhalb der Milchstraßenebene, die den größten Teil des südlichen Himmels einnimmt. Eine ähnliche Struktur am Nordhimmel, der sogenannte Nordpolar-Sporn, ist seit langem bekannt und man nahm an, dass er von einer frühen Supernova-Explosion stammte. Zusammengenommen scheinen die nördliche und die südliche Struktur stattdessen beide aus dem galaktischen Zentrum auszutreten und erinnern in ihrer Form an eine Sanduhr.

„Dank seiner Empfindlichkeit sowie Energie- und Winkelauflösung kann eROSITA den gesamten Röntgenhimmel mit bisher unerreichter Tiefe kartieren und so auch die südliche Blase eindeutig nachweisen“, sagt Michael Freyberg, der als Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) schon viele Jahre an eROSITA arbeitet. Das Röntgenteleskop durchmustert alle sechs Monate den gesamten Himmel, und die Daten ermöglichen es den Wissenschaftlern, nach großräumigen Strukturen zu suchen.

Die Röntgenemission, die von eROSITA in seinem mittleren Energieband (0,6-1,0 keV) beobachtet wird, zeigt dass die Blasen eine Ausdehnung von mehreren Kiloparsec (oder bis zu 50.000 Lichtjahren) im Durchmesser haben, und damit fast so groß sind wie die Milchstraße selbst. Diese eROSITA-Blasen zeigen auffallende morphologische Ähnlichkeiten mit den bereits bekannten Fermi-Blasen, die das Fermi-Teleskop im Bereich der Gammastrahlen entdeckte, sie sind aber größer und energiereicher.

Umgebung der Milchstraße: Diese schematische Darstellung zeigt die eROSITA-(gelb) und die Fermi-Blasen (violett). Die galaktische Scheibe ist mit ihre Bild vergrößern
Umgebung der Milchstraße: Diese schematische Darstellung zeigt die eROSITA-(gelb) und die Fermi-Blasen (violett). Die galaktische Scheibe ist mit ihren Spiralarmen dargestellt, die Lage des Sonnensystems eingezeichnet. Die eROSITA-Blasen sind in ihrer Größe mit der gesamten Galaxis vergleichbar. [weniger]

„Die scharfen Grenzflächen dieser Blasen laufen höchstwahrscheinlich entlang von Schockwellen, die durch einen massiven Energieeintrag aus dem Innern unserer Galaxie in den galaktischen Halo verursacht wurden“, sagt Peter Predehl, der Erstautor des Nature-Artikels. „Solch eine Erklärung wurde bereits früher für die Fermi-Blasen vorgeschlagen; mit eROSITA ist jetzt ihr volles Ausmaß und ihre Morphologie offensichtlich geworden.Diese Entdeckung wird den Astronomen helfen, den kosmischen Kreislauf der Materie in und um die Milchstraße und andere Galaxien zu verstehen. Der größte Teil der gewöhnlichen (baryonischen) Materie im Universum ist für unsere Augen unsichtbar; alle Sterne und Galaxien, die wir mit optischen Teleskopen beobachten, machen weniger als zehn Prozent ihrer Gesamtmasse aus. Man nimmt an, dass sich riesige Mengen unbeobachteter baryonischer Materie in den Halos mit geringer Dichte befinden, welche die Galaxien und die Filamente im kosmischen Netz wie Kokons umgeben. Diese Halos sind heiß, mit einer Temperatur von Millionen von Grad, und daher nur für Teleskope sichtbar, die energiereiche Strahlung nachweisen können.

Die Blasen, die eROSITA jetzt gefunden hat, zeigen Störungen in dieser heißen Gashülle um unsere Milchstraße auf, die entweder durch eine Periode intensiver Sternentstehung oder durch einen Ausbruch aus dem supermassereichen schwarzen Loch im galaktischen Zentrum verursacht wurden. Auch wenn das Massemonster sich jetzt ruhig verhält, könnte es in der Vergangenheit durchaus aktiv gewesen sein - ähnlich wie man es bei aktiven Galaxienkernen (AGN) mit stark wachsenden schwarzen Löchern in fernen Galaxien beobachten kann. In beiden Fällen muss die Energie, die für die Entstehung dieser riesigen Blasen nötig ist, enorm gewesen sein: 1056 erg, entsprechend einer Energie, die 100.000 Supernovae freisetzen.

„Die Narben, die solche Ausbrüche hinterlassen, brauchen sehr lange, um in diesen Halos zu heilen“, sagt eROSITA-Projektwissenschaftler Andrea Merloni. „Die Wissenschaftler haben lange und bei vielen Galaxien nach den gigantischen Signaturen solch gewalttätiger Aktivitäten in der Vergangenheit gesucht.“ Die eROSITA-Blasen liefern jetzt ein starkes Indiz für großräumige Wechselwirkungen zwischen einem Galaxienkern und dem Halo um die Galaxie. Diese Prozesse sind dabei energiereich genug, um die Struktur, den Energiegehalt und die chemische Anreicherung des zirkumgalaktischen Mediums der Milchstraße zu stören.

"eROSITA schließt derzeit die zweite Durchmusterung des gesamten Himmels ab und verdoppelt damit die Anzahl der Röntgenphotonen, die von den entdeckten Blasen kommen“, sagt Rashid Sunyaev, wissenschaftlicher Leiter des SRG-Observatoriums in Russland. „Wir haben noch enorm viel Arbeit vor uns, denn die eROSITA-Daten ermöglichen es uns, viele Röntgen-Spektrallinien zu identifizieren, die von dem hoch ionisierten Gas emittiert werden." Das bedeute, dass die Forschenden nicht nur die Fülle der chemischen Elemente, den Grad ihrer Ionisierung, die Dichte und die Temperatur des emittierenden Gases in den Blasen untersuchen, sondern auch die Orte der Schockwellen identifizieren und charakteristische Zeitskalen abschätzen können.

HAE / HOR

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