03. April 2025

Eine Karte des Kalten Gases in der Milchstraße Internationales Astronomen-Team hat Orte kartiert, an denen Sterne entstehen können

Ein internationales Team von Astronomen des Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics (IUCAA) in Indien, der Universität Bonn und des Ioffe-Institut in St. Petersburg in Russland hat mit dem empfindlichsten Radioteleskop der Erde, dem MeerKAT-Teleskop in Südafrika, das kalte Gas der Milchstraße durchmustert. Der „MeerKAT Absorption Line Survey“ (MALS) ist der bisher umfassendste veröffentlichte Katalog seiner Art. Die MALS-Durchmusterung nutzen die Astronomen, um zu verstehen, warum die Milchstraße immer noch neue Sterne bildet, auch wenn sie Milliarden alt ist. Die Studie ist in dem Fachjournal „Astronomy & Astrophysics“ zur Veröffentlichung angenommen, ein Preprint ist unter http://arxiv.org/abs/2504.00097 verfügbar.

Eine Karte des Kalten Gases in der Milchstraße
Eine Karte des Kalten Gases in der Milchstraße - In Graustufen ist die Verteilung der 21-cm Helligkeit über den gesamten Himmel dargestellt. - Dunkle Bereiche sind Regionen mit einer hohen Dichte von Wasserstoff, helle Bereiche mit einer geringen Dichte. Das Galaktische Zentrum befindet sich in der Bildmitte. Die Ebene der Milchstraße ist reich an Sternen aber auch an Wasserstoffgas. Erstellt wurde diese Karte von Bonner Astronomen im Jahr 2016, aus Beobachtungen mit den größten vollbeweglichen Radioteleskopen auf beiden Erdteilen, dem Effelsberg 100-m und dem Parkes 64-m Teleskop in Australien. Die Kreise markieren die Positionen der 391 MALS-Beobachtungen, die insgesamt zur Entdeckung von circa 20.000 Absorptionslinien durch kaltes Gas in Richtung von hellen Radioquellen geführt haben. Beispielhaft sind einige dieser Absorptionslinien dargestellt. Die Kombination von Emissions- und Absorptionssignalen ermöglicht die Erforschung der Gasphysik der Milchstraße in noch nie dagewesenem Detail. © PD Dr. Jürgen Kerp
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„Dieser für alle Forschende öffentlich zugängliche Katalog wird uns helfen, eine Vielzahl von Fragen über die Verteilung von kaltem Gas im Halo der Milchstraße und die Prozesse zu beantworten, durch die Galaxien im Laufe der kosmischen Zeit Gas in Sterne umwandeln“, sagt Neeraj Gupta, Astronom am IUCAA in Indien und Leiter des MALS-Projekts.

Atomarer Wasserstoff macht den überwiegenden Teil der Materie im Universum aus, er ist die Grundsubstanz aller Sterne. Wer die räumliche Verteilung des atomaren Wasserstoffs im Weltraum kennt, erfährt daher auch viel über die Entstehung der Sterne, die Dynamik von Galaxien, das Wirken von Schwarzen Löchern sowie über die vergangene und zukünftige Entwicklung unserer Milchstraße. Im Rahmen des „MeerKAT Absorption Line Survey“ (MALS) hat ein internationales Astronomen-Team die Verteilung von HI in der Milchstraße untersucht.

Vollständiges Bild der Gasverteilung in der Milchstraße 

Die 21 Zentimeter Emissionslinie des neutralen atomaren Wasserstoffs (HI) dient Astronomen zur Bestimmung der Verteilung und Geschwindigkeit von atomarem Gas in Galaxien. Mit ihr lässt sich kaltes und warmes Gas gleichzeitig nachweisen. Das kalte Gas kann zusätzlich in Absorption auf Zentren von Galaxien mit supermassiven Schwarzen Löchern gesehen werden. 

Radioastronomen der Universität Bonn haben in den vergangenen Jahren mit dem Effelsberg-Bonn HI Survey (EBHIS) und dem HI4PI wesentliche Beiträge zur Vermessung des Himmels anhand der 21-cm Emissionslinie mit den weltgrößten vollbeweglichen Radioteleskopen geleistet. Die Messungen der Absorptionslinien jedoch erfordert die Nutzung von Radiointerferometern, so wie MeerKAT eines ist. Die Radiointerferometer erlauben es, sehr scharfe Bilder des Himmels zu erstellen – und dabei ausschließlich das kalte Gas zu beobachten.

In Kombination mit der Bonner Himmelsdurchmusterung EBHIS/HI4PI entfaltet sich nun erstmals ein vollständiges Bild der Gasverteilung der Milchstraße. „Der gleichzeitige Nachweis der 21-cm Linie des atomaren Wasserstoffs in Emission und Absorption hat das Potenzial, die Entstehung immer neuer Sterne in der Milchstraße zu enträtseln“, erklärt Privatdozent Dr. Jürgen Kerp vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn.

Ein Schiffscontainer voller Daten ausgewertet

Um den MALS-Katalog zu erstellen, hat das internationale Forschungsteam die riesigen Datenmengen von MeerKAT – ein Schiffscontainer voller Magnetbänder – mithilfe einer hochentwickelten Verarbeitungspipeline und Datenspeicherung am IUCAA eingerichtet wurde.  

Das MALS-Team kombinierte diesen Katalog mit den vorhandenen Bonner Himmelsdurchmusterungen, optischen und Beobachtungen von Wärmestrahlung im fernen Infrarot, um die miteinander verwobenen atomaren Gasphasen zu verstehen. „Die Multi-Wellenlängen-Daten sind von entscheidender Bedeutung, um die Beziehungen zwischen dem atomaren Gas und der lokalen Anregungsbedingungen durch die Strahlung der Sterne zu ermitteln“, erklärt Sergei Balashev, Forscher am Ioffe-Institut in St. Petersburg in Russland.

Beteiligte Institutionen und Förderung

Das MALS-Team ist eine internationale Zusammenarbeit von Forschern aus der ganzen Welt, unter anderem der Universität Bonn. Das Projekt wird von N. Gupta von der IUCAA in Indien geleitet. Das MeerKAT-Teleskop ist eine Einrichtung der National Research Foundation (NRF) in Südafrika und wird vom South African Radio Astronomy Observatory (SARAO) betrieben. Die riesige Menge an Rohdaten (1,6 Petabyte), die von SARAO empfangen werden, werden an der IUCAA gehostet und mit Hilfe einer automatisierten Pipeline an der IUCAA in Zusammenarbeit mit Thoughtworks Technologies India Pvt Ltd. Verarbeitet. Sie nutzt in großem Umfang Werkzeuge und Aufgaben der Software Common Astronomy Software Applications (CASA), die vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in den USA entwickelt wurde.

Der Katalog der galaktischen HI-Absorptionslinien und die begleitenden wissenschaftlichen Ergebnisse dieser Studie sind in Gupta, Kerp, Balashev et al. (2025) beschrieben, das zur Veröffentlichung in Astronomy & Astrophysics angenommen wurde: Gupta, Kerp, Balashev et al. (2025): The MeerKAT Absorption Line Survey (MALS) data release 3: Cold atomic gas associated with the Milky Way. Die Publikation ist als Prepint verfügbar unter https://arxiv.org/abs/2504.00097 

Dies ist die dritte von mehreren Veröffentlichungen von Radiokontinuums- und Spektralliniendaten von MALS.

Die MALS-Kataloge und -Bilder sind öffentlich zugänglich unter https://mals.iucaa.in/

P.D. Dr Jürgen Kerp
Argelander-Institut für Astronomie
Universität Bonn
Tel.: +49 228 73 3667
E-mail: jkerp@astro.uni-bonn.de 

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