Was passiert, wenn aus zwei Galaxien eine entsteht

NGC 1316 ist Gegenstand des Kartierungsprojekts Meerkat Fornax Survey. Dieses vom Europäischen Forschungsrat geförderte Projekt basiert auf Beobachtungen mit dem Meerkat-Teleskop des South African Radio Astronomy Observatory in Südafrika. Das Teleskop, das aus 64 Radioteleskopen besteht, wurde 2018 in Betrieb genommen und ist ein Vorläufer des Square Kilometre Array.

„NGC 1316 ist unter Astronomen ein sehr bekanntes Objekt“, erzählt Peter Kamphuis. „Es ist eine der hellsten Quellen im Radiobereich und das Lehrbuchexemplar einer Radiogalaxie.“

Darüber hinaus ist das Aussehen der Galaxie im optischen Licht sehr ungewöhnlich. Die irreguläre Form deutet darauf hin, dass die Galaxie vor einigen Milliarden Jahren erst eine Kollision und danach eine Verschmelzung mit einer anderen Galaxie hatte. Danach wurden noch weitere kleinen Galaxien eingemeindet.

Verschmelzung von Galaxien studieren

„Die Erklärung der Entstehung von Galaxien durch Verschmelzung von kleineren Vorläufern ist derzeit ein wichtiger Eckpfeiler unserer kosmologischen Modelle und Theorien“, so Kamphuis. „Daher ist der Nachweis von Galaxien wie NGC 1316 extrem wichtig.“ Weiterhin können Astronomen anhand solcher Galaxien den näheren physikalischen Prozess und Ablauf einer oder mehrerer Verschmelzungen sowie den Einfluss auf die Galaxienentwicklung studieren.

NGC 1316 gibt Astronomen schon seit 20 Jahren Rätsel auf: Die Zusammensetzung des kalten interstellaren Mediums der Galaxie ist sehr ungewöhnlich mit einem Anteil von 98 Prozent aus Wasserstoff und Helium und dem Rest von nur zwei Prozent aus schweren Staubteilchen.

Das interstellare Medium ist fundamentaler Bestandteil einer Galaxie, welches beim Kollaps von Riesengaswolken unter ihrer eigenen Masse Sterne bildet. „Bei NGC 1316 beobachten wir aber einen großen Anteil des interstellaren Mediums in Staubform“, erklärt Paolo Serra.

Wasserstoff wurde bisher nicht gefunden

Über die Jahre haben Astronomen entdeckt, dass die Ursache dafür die Verschmelzung von zwei Galaxien zu NGC 1316 zu sein scheint. Eine der ursprünglichen Galaxien war gigantisch und hatte ein Defizit an kaltem interstellaren Medium, die andere war etwa zehnmal kleiner und nicht unähnlich unserer Milchstraße. Sie besaß viel kalten Staub. So brachte die kleine Galaxie genug Staub in NGC 1316, um die Beobachtung zu erklären.

„Allerdings sollte die kleine Galaxie auch eine Menge an Wasserstoff mitgebracht haben, der sich zum System addiert – der wurde aber bisher nicht gefunden“, so Peter Kamphuis.

Dieses Rätsel konnten die Forscherinnen und Forscher mit der aktuellen Arbeit lösen: „Wir konnten zeigen, dass der Wasserstoff in zwei langen, sehr schwachen Gasfilamenten verteilt ist, die sehr weit aus der Galaxie herausragen“, erklärt Paolo Serra.

Die Menge an Wasserstoff, die das Forscherteam hier mit nur 40 der Meerkat-Teleskope messen konnte, entspricht derjenigen, die bei der Verschmelzung einer großen mit einer kleineren milchstraßenähnlichen Galaxie zu erwarten ist. „Dank der neuen Beobachtungen haben wir alle Puzzleteile zusammengefügt und haben jetzt eine genauere und kohärente Theorie zur Bildung von Galaxien“, fasst Peter Kamphuis zusammen.

Die Galaxie

Die Galaxie NGC 1316 ist Teil des kleinen Sternbildes Fornax, auf Deutsch Ofen, das nur auf der Südhalbkugel sichtbar und vom viel ausgedehnteren Nachbarsternbild Eridanus umgeben ist. „Fornax beinhaltet nur einige wenige schwache Sterne und ist damit eine ideale Region um selbst die entferntesten Galaxien zu beobachten“, erklärt Peter Kamphuis. „Die Galaxien des Fornax-Galaxienhaufens, zu denen NGC 1316 gehört, sind mit nur 60 Millionen Lichtjahren Entfernung für uns Astronomen aber eher vor der Haustür.“ NGC 1316 ist die hellste Galaxie des Fornax-Haufens.

Förderung

Die Arbeiten wurden gefördert vom Europäischen Forschungsrat (PE9 ERC-2015-STG – Galaxy evolution in dense environments) und über die Verbundforschung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung im Projekt D-Meerkat: Ein deutscher Beitrag zur Weiterentwicklung der Radioastronomie im Zentimeterwellenlängenbereich.

Redaktion: Meike Drießen

Dr. Peter Kamphuis
Astronomisches Institut
Fakultät für Physik und Astronomie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 23449
E-Mail: kamphuis@astro.rub.de

Paolo Serra et al.: Neutral hydrogen gas within and around NGC 1316, in: Astronomy and Astrophysics, 2019, DOI: 10.1051/0004-6361/201936114