Das Zentrum der Milchstraße gehört zu den sternreichsten Bereichen des Universums. Im Umkreis von rund 26 Lichtjahren um das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A* gibt es mindestens 20 Millionen Sterne. Die gesamte zentrale Zone reicht mehr als 300 Lichtjahre hinaus und umfasst weitere sternreiche Gebiete und dichte Gas- und Staubwolken. „Die zentrale molekulare Zone beherbergt einige der massereichsten Sterne unserer Heimatgalaxie, von denen viele ein kurzes Leben haben und ihr Leben in gewaltigen Supernova-Explosionen oder sogar Hypernovae beenden“, erklärt Erstautor Steve Longmore von der Liverpool John Moores University in Großbritannien. Der dort besonders schnelle Zyklus von Sternenentstehung und -ende und die damit verbundenen Materieströme prägen die stellare Population der Milchstraße weit über den galaktischen Kern hinaus. „Der Balken und andere großskalige stellare Strukturen, aber auch Molekülwolken und Sternbildungs-Komplexe entwickeln sich aus diesen Strömungen und Zyklen“, schreiben die Astronomen.
Kartierung molekularer Gase im MIlchstraßenzentrum
„Die zentralen Bereiche von Galaxien sind der Schlüssel, um ihre Entwicklung zu verstehen“, so Longmore und seine Kollegen. „Das Zentrum der Milchstraße ist der einzige galaktische Kern, für den wir die Physik der Sternbildung und ihre Auswirkungen bis auf einzelnen protostellare kerne hinunter verfolgen können.“ Bisher gab es zwar schon Aufnahmen und Daten von einzelnen Aspekten des Milchstraßenzentrums. Aber vor allem die Daten von Radioteleskopen, die für die Kartierung der Gas- und Staubströme wichtig sind, waren meist zu niedrig aufgelöst. Andere Beobachtungen zeigten zwar einzelne Gaswolken in allen Details, aber nur einen kleinen Ausschnitt des galaktischen Kerns. Deshalb haben die Astronomen nun die leistungsstarken Antennen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile genutzt, um die Verteilung von kühleren molekularen Gasen im Milchstraßenzentrum zu untersuchen. Die ACES-Durchmusterung, kurz für ALMA CMZ Exploration Survey, hat dafür die gesamte, rund 650 Lichtjahre große zentrale Molekülzone unserer Galaxie kartiert.
Die resultierende Mosaik-Aufnahme ist das größte je mit dem ALMA-Array erstellte Bild. Es zeigt einen Himmelsausschnitt, der so groß ist wie drei nebeneinander liegende Vollmonde. Noch wichtiger aber ist die hohe Auflösung dieser Kartierung: Sie zeigt Gasstrukturen in Größenskalen von Dutzenden von Lichtjahren bis hinunter zu kleinen Gaswolken um einzelne Sterne. „Das Spektrum von ACES ist zudem darauf ausgelegt, 71 verschiedene spektrale Merkmale und Bandbreitengetrennt zu erfassen, um die physikalischen, chemischen und kinematischen Bedingungen aufzuzeichnen“, erklären Longmore und sein Team. Es ist das erste Mal, dass das kalte Gas im in der gesamten zentralen Molekülzone so detailliert untersucht wurde.
(Video: European Southern Observatory)
Dutzende Molekülsorten und einige Überraschungen
Die ACES-Durchmusterung zeigt nun erstmals genauer, welche Moleküle im Milchstraßenzentrum vorhanden sind und wie sich diese Gase bewegen. Die spektralen Daten kartieren die Verteilung von Dutzenden verschiedenen Molekülen, von einfachen anorganischen Verbindungen wie Siliziummonoxid bis hin zu komplexen organischen Molekülen wie Methanol, Aceton oder Ethanol. Die ACES-Daten zeigen zudem, dass die Gasströme im Milchstraßenzentrum durch energiereiche, dynamische Prozesse geprägt sind: „Das molekulare Gas in der zentralen Molekülzone ist hochgradig turbulent, mit spektralen Signaturen von Überschall-Geschwindigkeiten und geschocktem Material“, schreiben die Astronomen. Erste Analysen identifizierten beispielsweise eine Gaswolke, die durch die Hypernova eines massereichen Sterns zerrissen wurde und nun als ringförmige Schockfront nach außen rast. „Es ist ein Ort der Extreme, für unsere Augen unsichtbar, aber jetzt in außergewöhnlicher Detailgenauigkeit sichtbar gemacht“, sagt Co-Autor Ashley Barnes von der Europäischen Südsternwarte (ESO).
Auf größeren räumlichen Skalen enthüllte die Kartierung zudem mehrere zuvor unerkannte Strukturen: „Ein Team hat bereits ein verschachteltes System aus sechs Spiralarmen innerhalb der zentralen Molekülzone identifiziert und beschrieben“, berichten Longmore und seine Kollegen. „Diese ‚Arme‘ erscheinen als kohärente, geneigte Temposchwellen in den Spektrallinien von Kohlenstoffmonosulfid (CS) und Cyanwasserstoff (HCN).“ Die Astronomen interpretieren diese gebogenen Arme als ringähnliche Strukturen, deren Zentrum im Bereich des Schwarze Lochs der Milchstraße liegt.
Die ersten Analysen der ACES-Daten brachten weitere Überraschungen. Unter ihnen ist eine kompakte, aber helle Struktur, die verbreiterte Spektrallinien und Indizien für angeregtes Schwefeldioxid, Schwefelmonoxid und Kohlenstoffmonosulfid erzeugt. „Trotz der großen Masse und Geschwindigkeitsverteilung zeigt dieses Objekt aber keine Hinweise auf Hochgeschwindigkeits-Schocks. Zudem ist bisher kein Gegenpart in Infrarot-, Röntgen- oder Zentimeterwellenlängen bekannt“, schreiben die Forschenden. Ihrer Einschätzung nach könnte das „MUBLO“ getaufte Objekt zu einer bisher unbekannten neuartigen Klasse von molekularen Objekten im Milchstraßenzentrum gehören.
„Wir hatten bei der Planung der Untersuchung ein hohes Maß an Detailgenauigkeit erwartet, waren aber dennoch überrascht von der Komplexität und Vielfalt, die sich im endgültigen Mosaik zeigten“, sagt Co-Autorin Katharina Immer von der ESO. Noch hat die Auswertung der ACES-kartierung erst begonnen. Die ersten Daten werden nun in fünf Fachartikeln vorgestellt, die zur Veröffentlichung in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society angenommen wurden. Ein sechster Artikel befindet sich in der letzten Überprüfungsphase.
Quelle: Steve Longmore (Liverpool John Moores University, Liverpool, UK) et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, accepted
