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PUBLIC RELEASE DATE: 4 Mrz 2005

Kosmische Choreografie

Radioastronomen messen erstmals den Tanz einer benachbarten Galaxie und bestimmen präzise deren Entfernung



Abb. 1: Galaxie M33 im Sternbild Dreieck. Die Positionen, in denen Wassermaser-Aktivitt nachgewiesen wurde, sind markiert.
Bild: Travis Rector (NRAO/AUI/NSF und NOAO/AURA/NSF), David Thilker (NRAO/AUI/NSF), und Robert Braun (ASTRON)

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Mit einer Armada von Radioteleskopen haben sich Astronomen einen 80 Jahre lang gehegten Traum erfllt und erstmals die Bewegung einer benachbarten Galaxie am Himmel direkt nachgewiesen. Die Wissenschaftler hoffen, mit diesen Messungen das zuknftige Schicksal unseres eigenen Sternsystems, der Milchstrae, vorherzusagen. Die Forscher bestimmten auerdem die Entfernung der Galaxie M33 sehr przise zu 2,4 Millionen Lichtjahren. Geleitet hat das Team Andreas Brunthaler, whrend er am Bonner Max-Planck-Institut fr Radioastronomie Mitglied der "International Max Planck Research School for Radio and Infrared Astronomy" war (Science, 4. Mrz).

Galaxien bestehen aus Milliarden von Sternen sowie Staub- und Gaswolken und formen oftmals groe Ansammlungen. Unsere Milchstrae gehrt zu einem kleineren Galaxienhaufen, der Lokalen Gruppe. Unter dem Einfluss der Gravitation umkreisen sich die Mitglieder dieser Galaxienfamilie und fhren dabei einen galaktischen Tanz auf, der mehrere Milliarden Jahre dauert. Wegen der riesigen Abstnde zwischen den Galaxien erscheinen deren Bewegungen sehr langsam, gleichsam wie in extremer Zeitlupe. Daher sind ferne Milchstraensysteme fr den Beobachter am Himmel blicherweise statische Objekte.

In den 1920er-Jahren hatte der niederlndische Astronom Adriaan van Maanen jedoch verkndet, die Drehungen und Bewegungen von so genannten Spiralnebeln - wie Galaxien zu der Zeit genannt wurden - gemessen zu haben. Der amerikanische Forscher Edwin Hubble konnte jedoch kurz darauf diese Behauptung im Rahmen einer berhmten Debatte ber die Gre des Universums widerlegen. Er zeigte, dass die "Spiralnebel" eigenstndige Galaxien sind - und viel zu weit von uns entfernt, um deren Dynamik mit den damals verfgbaren astronomischen Instrumenten aufzuspren.



Abb. 2: Dreidimensionale Abbildung der Galaxien in der Lokalen Gruppe sowie der gemessene Geschwindigkeitsvektor von M33. Der Geschwindigkeitsvektor der Andromedagalaxie (M31) zeigt nur die bekannte Bewegung auf die Milchstrae an.
Bild: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

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Genau das ist jetzt einem internationalen Team mit przisen Radiobeobachtungen gelungen. Die Forscher haben die Bewegung von Wasserdampfwolken in der nahe gelegenen Galaxie M33 ber einen Zeitraum von drei Jahren verfolgt. Der Wasserdampf verhlt sich wie ein natrlicher Laser, der aber Radiowellen aussendet. Das Ergebnis der Messungen: Die Galaxie "tanzt" 100-mal langsamer als von van Maanen behauptet. "Mehr als 80 Jahre spter ist damit der Traum des niederlndischen Astronomen Realitt geworden - allerdings anders, als er sich das vorgestellt hat", sagt Andreas Brunthaler. Er gehrte der Gruppe ebenso an wie Heino Falcke, der inzwischen als Professor fr Astronomie in den Niederlanden lehrt, sowie Christian Henkel, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Bonner Max-Planck-Institut fr Radioastronomie. Weiter im Team waren Mark Reid und Lincoln Greenhill vom Harvard Center for Astrophysics (USA).

Die Messungen zeigen, dass die Wasserdampf-Regionen zusammen mit der Galaxie pro Jahr nur um etwa 30 Mikrobogensekunden am Himmel wandern. Die Messgenauigkeit betrug 5 Mikrobogensekunden jhrlich. Zum Vergleich: Aus einer Distanz von 500 Kilometern liee sich damit noch eine Verschiebung von 0,01 Millimeter pro Jahr entdecken. "Mit der von uns erreichten Przision knnten wir von Bonn aus sehen, wenn sich in Berlin etwas um Haaresbreite bewegt", sagt Heino Falcke, der die Arbeit in Bonn betreute. Fr ihre Beobachtung schalteten die Astronomen mithilfe der interkontinentalen Radiointerferometrie ("Very Long Baseline Interferometry", VLBI) tausende Kilometer voneinander entfernte Radioteleskope zu einem Riesenteleskop zusammen.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich M33 mit 190 Kilometer pro Sekunde um unsere Milchstrae und in Richtung unserer Schwestergalaxie, dem Andromedanebel, bewegt. Auch wenn M33 auf dieses System zurast, wird sie es knapp verfehlen. Die Forscher hoffen, dass sich mit diesen Resultaten sowohl die Entstehungsgeschichte der Milchstrae als auch deren zuknftige Entwicklung besser verstehen lassen. So wre es nach derzeitigem Kenntnisstand durchaus mglich, dass die Milchstrae in einigen Milliarden Jahren mit der Andromedagalaxie kollidieren und verschmelzen wird.

Dank ihrer Beobachtungstechnik haben die Wissenschaftler aus den gemessenen Daten aber auch die Entfernung der Galaxie M33 auf rein geometrischem Weg direkt bestimmt und das Universum in unserer Nachbarschaft neu vermessen. Demnach ist M33 etwa 2,4 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Genaue Entfernungsbestimmungen stellen grundstzlich ein groes Problem in der Astronomie dar. Weil nicht einfach ein Maband durch das Weltall gelegt werden kann, mssen die Forscher komplizierte Methoden benutzen, die jedoch hufig mit unbekannten Fehlern behaftet sind. Daher ist es wichtig, direkte geometrische Entfernungen zu ermitteln. Diese Messungen dienen dazu, die extragalaktische Entfernungsskala neu zu eichen - und mit jedem weiteren Jahr des Experiments werden die Resultate genauer.

Exakte Entfernungen und Bewegungen werden in der Astronomie auerdem dazu genutzt, die Masse von Objekten abzuschtzen. Frhere Beobachtungen haben gezeigt, dass der grte Teil des Universums in einer mysterisen dunklen Materie steckt. Die Astronomen erwarten, mit weiteren Beobachtungen von Galaxienbewegungen unsere Milchstrae und ihre Nachbargalaxien genau zu "wiegen". Das wird zeigen, wie viel dunkle Materie es im lokalen Universum gibt.

"Es ist immer besonders erfreulich, wenn ein Student schon im frhen Stadium seiner wissenschaftlichen Karriere derart fundamentale Forschungsergebnisse erzielt. Nicht zuletzt tragen solche Erfolge auch zum Ansehen und zur Attraktivitt der Ausbildung in unserer Research School bei", sagt Anton Zensus, Geschftsfhrender Direktor am Bonner Max-Planck-Institut und Sprecher der International Max Planck Research School for Radio and Infrared Astronomy, ber Brunthalers Erfolg.

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Verwandte Links:

[1] Very Long Baseline Interferometry (VLBI)

[2] Forschungsgruppe von Dr. Anton Zensus am Max-Planck-Institut fr Radioastronomie

[3] International Max Planck Research School for Radio and Infrared Astronomy

[4] Wechselwirkung Galaxis - M31

[5] Pressemitteilung des Joint Institute for VLBI in Europe (JIVE)

[6] Pressemitteilung des Harvard Center for Astrophysics

[7] Pressemitteilung des National Radio Astronomy Observatory

Originalverffentlichung:

Andreas Brunthaler , Mark J. Reid, Heino Falcke, Lincoln L. Greenhill, Christian Henkel
The Geometric Distance and Proper Motion of the Triangulum Galaxy (M33)
Science, Vol. 307 (2005)