Eine Untersuchung mit einer Kombination aus Boden- und Weltraumteleskopen hat eine Fundgrube bisher unbekannter Kugelsternhaufen – uralte, dichte Gruppen von Tausenden von Sternen, die alle gleichzeitig entstanden sind – in den äußeren Regionen der elliptischen Galaxie Centaurus A entdeckt.

Die Arbeit stellt einen bedeutenden Fortschritt im Verständnis der Architektur und kosmologischen Geschichte dieser Galaxie dar und bietet neue Einblicke in die Entstehung von Galaxien im Allgemeinen und die Verteilung der Dunklen Materie im Universum.

Kugelsternhaufen enthalten Hinweise auf die Entwicklung von Galaxien

Allison Hughes, Doktorandin in Universität von Arizona Department of Astronomy and Steward Observatory, ist Erstautor eines Peer-Review-Papiers, das die Ergebnisse zusammenfasst und im Juni im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde.

Sie stellte die Studie am Dienstag bei einer Pressekonferenz der Astronomical Society of America vor. Während das 239. persönliche AAS-Treffen aufgrund von COVID-19-Bedenken abgesagt wurde, wurden Pressekonferenzen virtuell über Zoom abgehalten.

Centaurus A, auch bekannt als NGC 5128, ist eine visuell atemberaubende elliptische Galaxie mit einem relativistischen Jet, der aus einem supermassiven Schwarzen Loch in ihrem Zentrum speit, und dramatischen Strömen verstreuter Sterne, die von früheren Kollisionen und Verschmelzungen mit kleineren Galaxien übrig geblieben sind, die Centaurus A umkreisen.

Centaurus A befindet sich im Sternbild Centaurus, 13 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und ist zu weit entfernt, als dass Astronomen einzelne Sterne sehen könnten, aber Sternhaufen können identifiziert und als „fossiler Beweis“ für die turbulente Entwicklung der Galaxie verwendet werden.

Hughes und Kollegen stellen einen neuen Katalog von etwa 40.000 Kandidaten für Kugelsternhaufen in Centaurus A vor und empfehlen Folgebeobachtungen, die sich auf eine Gruppe von 1.900 konzentrieren, die höchstwahrscheinlich echte Kugelsternhaufen sind.

Die Forscher untersuchten mögliche Kugelsternhaufen innerhalb eines projizierten Radius von etwa 150 Kiloparsec, fast eine halbe Million Lichtjahre vom Zentrum der Galaxie entfernt.

Die Daten kombinieren Beobachtungen aus den folgenden Quellen: Centaur and Sculptor Panoramic Imaging Survey oder PISCeS; Gaia, ein Weltraumobservatorium der Europäischen Weltraumorganisation; und der NOAO-Quellenkatalog, der öffentlich verfügbare Bilder von Teleskopen in beiden Hemisphären kombiniert, die fast den gesamten Himmel abdecken.

Centaurus A war aufgrund seines Reichtums und seiner Nähe zur Erde ein Hauptziel für Studien zu extragalaktischen Kugelsternhaufen, aber die meisten Studien konzentrierten sich auf die inneren 40 Kiloparsec (etwa 130.500 Lichtjahre entfernt) der Galaxie, erklärte Hughes , wodurch die äußeren Bereiche der Galaxie weitgehend unerforscht bleiben.

Das Team ordnete die Kandidaten nach der Wahrscheinlichkeit, dass es sich um echte Kugelsternhaufen handelt, und fand heraus, dass rund 1.900 sehr wahrscheinlich als solche bestätigt werden und die höchste Priorität für die spektroskopische Bestätigung haben sollten.

„Wir nutzen den Gaia-Satelliten, der sich hauptsächlich auf Durchmusterungen innerhalb unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, konzentriert, auf neue Weise, indem wir seine Beobachtungen mit bodengestützten Teleskopen verknüpfen, in diesem Fall dem Telescope Magellan Clay in Chile und dem Anglo-Australian Telescope in Australien.

Die Struktur von Centaurus A sagt Astronomen, dass es mehrere große Verschmelzungen mit anderen Galaxien durchgemacht hat, was zu seinem kugelähnlichen Aussehen mit flussähnlichen Regionen führte, die viel mehr Sterne haben als die umliegenden Gebiete, sagte Hughes.

Centaurus A ist das nächste Beispiel einer elliptischen Galaxie und bietet Astronomen die Möglichkeit, eine Galaxie, die sich sehr von unserer unterscheidet, aus der Nähe zu untersuchen.

Sowohl die Milchstraße als auch ihr nächster Nachbar, die Andromeda-Galaxie, sind Spiralgalaxien. Mit ihrem vertrauten Aussehen als Windmühle mögen Spiralgalaxien wie die „typische“ Galaxie erscheinen, aber es stellt sich heraus, dass ihre weniger geordneten elliptischen Vettern ihnen im Kosmos zahlenmäßig überlegen sind.

„Centaurus A mag wie ein seltsamer Ausreißer aussehen, aber das liegt nur daran, dass wir nahe genug herankommen können, um seine feineren Details zu sehen“, sagte Hughes. „Wahrscheinlich sind elliptische und spiralförmige Galaxien wie die Milchstraße unordentlicher, als wir glauben, wenn wir etwas tiefer als die Oberfläche schauen.“

Die Kugelsternhaufen dienen als Beweis für Prozesse, die vor langer Zeit stattgefunden haben, sagte Hughes.

„Wenn Sie zum Beispiel eine Reihe dieser Kugelsternhaufen sehen, die alle eine ähnliche Metallizität (chemische Zusammensetzung) haben und sich mit ähnlicher Radialgeschwindigkeit bewegen, wissen wir, dass sie von derselben Zwerggalaxie oder einem ähnlichen Objekt stammen müssen, das mit Centaurus A kollidierte und wird jetzt assimiliert.

Sternhaufen bilden sich aus dichten Gasflecken im interstellaren Medium. Fast alle Galaxien haben Kugelsternhaufen, einschließlich der Milchstraße, die etwa 150 hat, aber die meisten Sterne sind nicht in solchen Haufen angeordnet.

Durch das Studium von Kugelsternhaufen, Astronomen Laut Hughes können sie Hinweise auf die Galaxie sammeln, die sie beherbergt, wie ihre Masse, ihre Geschichte der Wechselwirkungen mit benachbarten Galaxien und sogar die Verteilung der Dunklen Materie darin.

„Kugelsternhaufen sind interessant, weil sie als Spuren von Strukturen und Prozessen in anderen Galaxien verwendet werden können, wo wir einzelne Sterne nicht auflösen können“, sagte Hughes. „Sie behalten chemische Signaturen wie die elementare Zusammensetzung ihrer einzelnen Sterne bei, sodass sie uns etwas über die Umgebung erzählen, in der sie entstanden sind.“

Die Forscher suchten gezielt nach Kugelsternhaufen weit entfernt vom Zentrum der Galaxie, weil die Unterstruktur von Centaurus A auf eine große unentdeckte Population solcher Haufen hindeutet, erklärte Hughes.

Frühere Beobachtungen hatten knapp 600 Haufen in den innersten Regionen gefunden, aber die äußeren Regionen der Galaxie waren weitgehend unerforscht geblieben.

„Wir haben weiter gesucht und bereits über 100 neue Cluster entdeckt, und es gibt wahrscheinlich noch mehr, weil wir die Datenverarbeitung noch nicht einmal abgeschlossen haben“, sagte Hughes.

„Wir können diese Daten dann verwenden, um die Architektur und Bewegungen dieser Galaxie zu rekonstruieren und auch ihre Masse zu bestimmen. Daraus können wir schließlich alle ihre Sterne subtrahieren und sehen, was übrig bleibt – diese unsichtbare Masse muss ihre dunkle Materie sein.