Seltsame Wolken stürzen mit hoher Geschwindigkeit auf die Milchstraße – Fossilien heftiger Explosionen oder Urmaterie aus dem intergalaktischen Raum?
Im Griechischen Mythos ging Orpheus in die Unterwelt. Die moderne Wissenschaft verbindet mit ORFEUS dagegen eher überirdische Aktivitäten. Dem „Orbiting Retrievable Far and Extreme Ultraviolett Spectrometer” verdankt sie nämlich Erkenntnisse über kosmische Gasmassen, die wie Regenschauer auf die Milchstraße prasseln. Ihre Natur und Herkunft waren lange rätselhaft, doch allmählich kommen Forscher dem kosmischen Phänomen auf die Spur: Mindestens ein Teil der Materie muß einst von gewaltigen Explosionen aus der Milchstraße geschleudert worden sein und fällt jetzt als Trümmermasse wieder zurück.
Alles begann im Jahr 1958, als Radioastronomen mit ihrem Teleskop im niederländischen Dwingeloo zahllose kleine Flecken am Himmel entdeckten. Sie sind teilweise kaum größer als der Vollmond. Ihre Strahlung verrät, daß sie überwiegend aus Wasserstoff-Atomen bestehen. Fast alle diese Wölkchen befinden sich im Halo – dem Raum, der unsere Spiralgalaxie kugelförmig umgibt. Sie stürzen mit hohen Geschwindigkeiten auf die galaktische Scheibe zu – oft mit über 200 Kilometer pro Sekunde, gelegentlich sogar mehr als doppelt so schnell. Deshalb werden sie von den Astronomen Hochgeschwindigkeitswolken genannt. Ihre genaue Entfernung ist noch unbekannt, nur ihre Geschwindigkeit relativ zu uns läßt sich aus den Spektrallinien ihrer Strahlung ablesen.
Woher kommen diese Wolken? Dazu entwickelten die Astronomen zwei konkurrierende Hypothesen: Entweder stürzt das Gas auf die Milchstraßenscheibe, weil es von ihrer Schwerkraft aus den Weiten des Raumes angezogen wird. Oder Sternexplosionen in der Scheibe haben die Gasmassen einst in den Raum hinausgeschleudert, und nun fallen sie zurück. Die Entscheidung zwischen diesen beiden Möglichkeiten sollte im Prinzip nicht schwer sein, denn die Materie in der Scheibe – sowohl in Gas- und Staubwolken als auch in Sternen – hat eine charakteristische Häufigkeitsverteilung chemischer Elemente. Stammt die Materie der Hochgeschwindigkeitswolken ursprünglich aus der Milchstraßenscheibe, so muß sie bereits mit den schwereren Elementen wie Schwefel und Eisen angereichert sein, die von Sternen am Ende ihres Lebens ins All geblasen wurden. Stammen sie aber aus dem intergalaktischen Raum jenseits der Milchstraße, dann muß ihre chemische Zusammensetzung noch der des frühen Universums entsprechen – dann enthält sie keine Elemente schwerer als Wasserstoff, Helium und Lithium.
Die Analyse der Hochgeschwindigkeitswolken ist allerdings schwierig. Näheres erfährt man nur, wenn sie das Licht von Sternen absorbieren, die sich hinter ihnen befinden. Zwei wichtige Untersuchungen sind dem Geheimnis der Hochgeschwindigkeitswolken jetzt auf die Spur gekommen. Die eine basiert auf Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop, die andere auf Auswertungen von Messungen, die bereits im November 1996 mit ORFEUS gewonnen wurden. Das international besetzte Forscherteam um Bert Wakker von der University of Wisconsin in Madison, das mit dem Hubble Space Telescope arbeitete, analysierte das Licht einer fernen Galaxie, das durch eine in die Milchstraße stürzende Wolke scheint. Der Schwefel in dieser Wolke absorbiert ultraviolettes Licht bei einer Wellenlänge von 125 Nanometern. Die Stärke der Absorption läßt darauf schließen, daß die schwereren Elemente wie Schwefel in der Wolke viel seltener sind als in der Milchstraßenscheibe. Daraus könnte gefolgert werden, daß die Wolken nicht aus der Scheibe stammen – doch dies wäre voreilig. Denn auch mit ORFEUS wurden Spektren gewonnen. Das Spektrometer, gebaut von Astrophysikern in Tübingen, Heidelberg und Berkeley, befand sich an Bord des deutschen Satelliten ASTRO-SPAS (SPAS steht für „Shuttle Pallet Satellite”), der mit einer amerikanischen Raumfähre ins All gebracht wurde.
Das ORFEUS-Team um den an der Universität Bonn arbeitenden Niederländer Klaas de Boer peilte die Große Magellansche Wolke an. In ihrer Blickrichtung liegt eine Hochgeschwindigkeitswolke, deren Materie aus den Spektren der Sterne unserer Nachbargalaxie gleichfalls Licht bei bestimmten Wellenlängen verschluckt. Das ORFEUS-Team entdeckte im Ultravioletten bei der Wellenlänge von 100 Nanometern die Absorption von Wasserstoff-Molekülen. Diese bestehen aus zwei verbundenen Wasserstoff-Atomen. Nach allem, was wir wissen, können solche Moleküle nur an den Oberflächen von Staubkörnern entstehen. Der molekulare Wasserstoff verrät uns also, daß es in der Wolke Staub gibt, den man sonst nicht sehen kann. Staubkörner können sich aber nur aus den Atomen der schwereren chemischen Elemente bilden. Das spricht dafür, daß die Wolke ursprünglich aus der Scheibe stammt. Es gelang dem Team auch, aus der Absorption von Eisen- Atomen in der Wolke die Häufigkeit des Eisens zu bestimmen. Sie ist zwar nur halb so groß wie in der Sonnenumgebung, aber immer noch so groß, daß die Wolke nicht aus den sternlosen Weiten des Weltalls kommen kann. Sie muß also einst aus unserer Galaxis hinausgeblasen worden sein – wahrscheinlich im Gefolge von Sternexplosionen.
Stehen die ORFEUS-Messungen mit den Ergebnissen des Weltraumteleskops im Widerspruch? „Nicht unbedingt”, meint Klaas de Boer. „Unsere beiden Gruppen haben verschiedene Wolken untersucht. Möglicherweise stammen einige der auf uns zustürzenden Gasmassen aus den Fernen des Weltraums, während andere Wolken ursprünglich aus unserem System hinausgeschleudert worden sind und nun zurückfallen.” Vielleicht endet die Kontroverse also damit, daß beide Hypothesen richtig sind – ein wahrhaft kosmischer Kompromiß.
Rudolf Kippenhahn
