Neue Einsichten in die Strudelgalaxie

Das Aussehen von Galaxien im Radiobereich ist sehr unterschiedlich zu ihrem optischen Erscheinungsbild. Denn Radiowellen zeigen Magnetfelder und bis fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigte Elektronen, während bei optischen Aufnahmen das sichtbare Licht von Sternen dominiert. Mit dem Radioteleskop LOFAR konnten Astronomen die rund dreißig Millionen Lichtjahre von uns entfernte Spiralgalaxie Messier 51 nun wesentlich weiter bis in die Außenbereiche abbilden als zuvor – und das bisher empfindlichste Bild von einer Galaxie bei niedrigen Radiofrequenzen erstellen.

Dunkler Hintergrund. In der Mitte ist eine kleine helle Spiralgalaxie zu sehen. Darum herum viele kleinere helle Flecken.
Radiokarte der Spiralgalaxie M 51

„Radiowellen bei niedriger Frequenz sind deshalb so wichtig, weil sie Informationen enthalten über Elektronen bei relativ niedrigen Energien, die in wesentlich größere Abstände von ihren Ursprungsorten in den Spiralarmen gelangen können und dadurch die Magnetfelder in den äußeren Bereichen der Galaxien ausleuchten“, erklärt David Mulcahy von der University of Southampton. Die Elektronen werden in Stoßwellen erzeugt, die von gigantischen Sternexplosionen ausgehen. Magnetfelder entstehen wiederum durch Dynamoprozesse, die von der Bewegung des Gases in der Galaxie angetrieben werden. Die beobachteten Radiowellen werden abgestrahlt, wenn Elektronen sich auf einer spiralförmigen Bahn um Magnetfeldlinien bewegen. Die Intensität der Strahlung steigt dabei mit der Anzahl und Energie der Elektronen sowie mit der Stärke des Magnetfeldes an.

„Wir möchten gern wissen, ob Magnetfelder von den Galaxien abgestoßen werden und wie stark sie in den äußeren Bereichen der Galaxien noch sind“, berichtet Mulcahy. Mit LOFAR konnten der Forscher und seine Kollegen nun schnelle kosmische Elektronen und Magnetfelder bis in eine Entfernung von 40 000 Lichtjahren vom Zentrum von M 51 nachweisen. Dank der hohen Winkelauflösung von LOFAR werden die Spiralarme der sogenannten Strudelgalaxie in den Aufnahmen deutlich getrennt sichtbar. Dabei treten Magnetfelder und kosmische Elektronen in den Spiralarmen selbst am stärksten hervor. Im Vergleich zu höheren Radiofrequenzen erscheinen die Spiralarme zudem breiter aufgrund der Ausbreitung kosmischer Elektronen weg von den Spiralarmen, in denen sie entstanden sind.

Das Low Frequency Array, kurz LOFAR, erforscht einen bisher kaum erfassten Frequenzbereich unterhalb von 240 Megahertz und besteht aus einer Vielzahl von kleinen Antennen einfacher Bauart. LOFAR setzt sich zusammen aus 38 Stationen in den Niederlanden, sechs Stationen in Deutschland und jeweils einer Station in Großbritannien, Frankreich und Schweden. Die Signale aller Stationen werden in einem leistungsstarken Computercluster zusammengeführt und ausgewertet.