Die X-Akten der Astronomie: Die gruselige Leoncino-Zwerggalaxie

Dank immer besserer Technologie, innovativer Ansätze und internationaler Zusammenarbeit blüht die Astronomie auf. Während viele Beobachtungen helfen, Theorien zu verfeinern oder zu ordnen, gibt es immer Entdeckungen, die einfach nicht zu passen scheinen. Geheimnisvolle Signale, angebliche Verstöße gegen die Naturgesetze und vorerst nicht erklärbare Phänomene. Die Öffentlichkeit diskutiert gerne, ob es Spuren außerirdischer Intelligenz gibt. Wissenschaftler wissen, dass es am Ende fast immer eine natürliche Erklärung gibt. Aber die Fantasie wird überall angeregt.

In einer Reihe von Artikeln über heise online in den nächsten Wochen werden wir einige dieser astronomischen Anomalien aus einer kürzlich präsentierten Sammlung vorstellen und erklären, warum alle Versuche, sie bisher zu erklären, fehlgeschlagen sind.

Galaxien, riesige Inseln der Welt, die hauptsächlich aus Milliarden von Sternen bestehen, verändern sich sehr langsam. Unsere Milchstraße hat sich seit ihrer Gründung vor 13 Milliarden Jahren nur 50 Mal gedreht. Die Erde und die Sonne haben nur für 16 Umdrehungen existiert. Vor der letzten Revolution tauchten die ersten Dinosaurier auf, die nur eine viertel Revolution ausstarben. Die großen Entfernungen zwischen den Sternen verhindern, dass sich eine Galaxie im Laufe des Lebens eines Menschen sichtbar verändert – mit Ausnahme der relativ kleinen Zentren aktiver Galaxien, die heute nicht das Problem sein sollten.

Die kleine Galaxie SDSS J094332.35 + 332657.6, auch bekannt als „Leoncino Dwarf Galaxy“ (italienisch für „Lion Cub“), scheint aufgrund seiner Position im Sternbild Leo Minor keine Rolle zu spielen. Die Astronomin Mercedes E. Filho von der Universität Lissabon und ihr Professor Jorge Sánchez Almeida von der Universität La Laguna auf Teneriffa untersuchten die Galaxie nach dem Zufallsprinzip und stellten fest, dass sie sich in nur 41 Jahren in Helligkeit und Form verändert zu haben schien. Und wenn das nicht genug wäre, ist ein heller Knoten verschwunden und das helle Zentrum scheint sich verschoben zu haben. Wie kann so etwas erklärt werden?

Das Löwenbaby ist kein Fan von Heavy Metal

Die Leoncino-Galaxie ist in der Tat ein Zwerg gegen unsere Milchstraße. Es misst nur 1.000 Lichtjahre und hat eine Leuchtkraft von nur 160.000 Sonnenmassen. Es ist jedoch in kühlem Wasserstoffgas mit 8 Millionen Sonnenmassen eingebettet, wie radioastronomische Beobachtungen der zugehörigen Radioquelle AGC 198691 zeigen (AGC steht für den Arecibo General Catalog). Die Zahlen sind für eine geschätzte Entfernung von 8 Megaparsec korrekt, was ungefähr 25 Millionen Lichtjahren entspricht. Die Galaxie könnte leicht doppelt so weit entfernt sein, dann wäre ihr Durchmesser doppelt so groß, sie hätte achtmal mehr Sterne und dementsprechend viel mehr Gas.

Die Entfernung von der Galaxie ist sehr ungewiss, da sie in Richtung der lokalen Leere verläuft. Hohlräume (englisch für „Leere“) sind riesige leere Räume im Universum, um die sich Galaxienhaufen wie ein Netz von Filamenten winden, in denen sich die Materie nach dem Urknall durch versehentliche Überverdichtung unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammengezogen hat. Und so scheint Leoncino mit einer Gruppe anderer Galaxien aus der lokalen Leere in unsere Richtung zu fallen. Aus diesem Grund wird seine kosmologische Rotverschiebung durch seine große Bewegung durch den Raum überlagert, und es ist schwer zu sagen, welcher Teil der 514 km / s, mit denen er sich von uns entfernt, auf die Hubble-Lemaître-Expansion zurückzuführen ist und auf welchen der freie Fall zurückzuführen ist Schwerpunkt unseres Laniakea Superclusters.

Mit einer Helligkeit von etwa 19,5 Größenklassen, die für das bloße Auge um den Faktor 250.000 zu dunkel sind, machte Leoncino 2016 Schlagzeilen für anscheinend keinen Heavy-Metal-Fan: Sie erwies sich als Rekordhalterin für die Galaxie mit der niedrigsten Metallgehalt bisher entdeckt. Im folgenden Jahr wurde es knapp unterboten, steht aber immer noch an zweiter Stelle. Solche Galaxien werden XMP-Galaxien genannt, was für „eXtremely Metal Poor“ oder extrem metallarm steht. Astronomen nennen alle Elemente schwerer als Wasserstoff und Heliummetalle (siehe XKCD).

Leoncino ist metallarm, weil sie jung ist und gerade erst begonnen hat, Sterne aus frischem Wasserstoff-Helium-Gas zu bilden, das seit dem Urknall unverändert geblieben ist. Diese sind interessant, weil es in der Milchstraße keine Sterne mehr ohne Metalle gibt und Sie daraus lernen können, wie die früheste Sternpopulation (Population III) in der Milchstraße aussah. Population III soll Sterne mit bis zu 1.000 Sonnenmassen hervorgebracht haben, die nach einer kurzen Lebensdauer von nur einer Million Jahren als Hypernova explodierten und das Gas unserer Galaxie innerhalb weniger Generationen schnell mit inkubierten Metallen anreicherten. dann tauchten Sterne mit Planetensystemen wie der Sonne auf.

Spukt in Leoncino?

Bei der Suche nach mehreren Bildern der Galaxie bemerkten Filho und Sánchez Almeida versehentlich, dass auf einer POSS-Aufzeichnung der Palomar Sky Survey von 1955 (wir erinnern uns), die auf POSS veröffentlicht wurde, ein heller Knoten im Norden zu sehen war Bilder aus der Zeit von 1995 bis 1998 waren nicht mehr sichtbar, also eine temporäre oder sogenannte „transiente“ Quelle. Die Autoren stellten fest, dass die Quellenhelligkeit auf dem POSS-I-Bild bei blauem Licht etwa 21 beträgt. Ein rotes POSS-I-Bild der Galaxie reicht nur für die 20. Größe aus und zeigt nicht die Quelle.

Aber das ist noch nicht alles: Die Bilder zeigen auch eine Veränderung der Form der Galaxie. Während es auf den Fotos von 1955 kreisförmig erscheint, ist es auf den Fotos der 1990er Jahre deutlich elliptisch. Dies gilt auch für Nahaufnahmen mit dem Hubble-Teleskop (Titelbild).

Messungen der Autoren an den Bildern zeigten auch, dass die Spitzenhelligkeit der Galaxie (dh der hellste Punkt) zwischen den Bildern von 1955 und 1995-98 um 0,7 Größenklassen (Faktor 2,0) anstieg. Messungen im SDSS-Katalog zeigen immer noch eine mehrjährige Helligkeitsschwankung der gesamten Galaxie seit 1998 um den Faktor 2,5 nur im Infrarotlicht. Die Helligkeit im blauen und roten Licht der Galaxie ist seit den POSS-II-Aufzeichnungen im SDSS konstant geblieben.

Schließlich im PPMXL-Katalog (Positionen und korrekte Bewegungen Extra groß) zeigten eine Selbstbewegung der Galaxie von 0,3 Bogensekunden über 40 Jahre an. 0,3 Bogensekunden entsprechen etwa 38 Lichtjahren in einer Entfernung von 25 Millionen Lichtjahren. Es hätte sich also fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen sollen. Es ist ungewöhnlich, die richtigen Bewegungen für Galaxien zu finden, die mehr als 1 Megaparsec (3,26 Millionen Lichtjahre) entfernt sind. Dies sind Bewegungen in der Himmelsebene senkrecht zur Sichtlinie im Gegensatz zu Radialgeschwindigkeiten entlang der Sichtlinie, die auch bei großen Entfernungen durch Verschieben der Spektrallinien mit sehr hoher Genauigkeit gemessen werden können.

Normalerweise werden gute Bewegungen nur innerhalb der lokalen Gruppe gesehen und sind in ungefähr 10 zu sehen MikroBogensekunden gemessen pro Jahr. Filho und Sánchez Almeida spekulieren, dass es wahrscheinlich einen Kalibrierungsfehler in der PPMXL-Quelle gibt. Um die Position der Galaxie relativ zu benachbarten Galaxien zu bestimmen, identifizierten die Autoren sogar eine Verschiebung des Leuchtkraftzentrums nach Süden um ein Pixel (etwa eine Bogensekunde auf der Bildskala oder etwa 125 Lichtjahre).

Ohne darüber nachzudenken, können Sie jetzt ausschließen, dass Leoncino heimgesucht wird und dass sich die Galaxie in 40 Jahren erheblich bewegt oder deformiert haben könnte. Zunächst werden hier jedoch nur Beobachtungen beschrieben, während eine angenommene Bewegung oder Verformung bereits eine Interpretation einer möglichen – oder eher unmöglichen – Ursache wäre. Das wussten natürlich auch Filho und Sánchez Almeida; Die beiden hatten vor Jahren XMP-Galaxien studiert und sind Profis. Folgen wir ihrer Analyse unter Berücksichtigung verschiedener Ursachen der beobachteten Phänomene.