Galaktische Nachbarin: verzerrt und ausgedehnt

Mit Beobachtungsdaten aus mehr als einem Jahrzehnt des VISTA-Surveys der Magellanschen Wolken (VMC) haben Forschende die Bewegungen von Millionen von Sternen in der Kleinen Magellanschen Wolke mit beispielloser Präzision gemessen. Die neue Studie, in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht, liefert direkte Beweise für eine umfassende Gezeitenzerstörung der Kleinen Magellanschen Wolke aufgrund ihrer Wechselwirkung mit der Großen Magellanschen Wolke. Anstatt eine für stabile Galaxien typische kohärente Rotation zu zeigen, weisen Sterne in der Kleinen Magellanschen Wolke eine großräumige Bewegung nach außen auf. Dies deutet darauf hin, dass das System selbst in den inneren Regionen dynamisch gestört ist.

„Die Ergebnisse lassen auf eine großräumige Gezeitenexpansion in der gesamten Kleinen Magellanschen Wolke schließen und stellen die seit Langem bestehenden Annahmen in Frage, dass sich die Kleine Magellansche Wolke wie eine rotierende Scheibe verhält“, sagt Sreepriya Vijayasree, Doktorandin am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP). „Die Studie zeigt, dass die inneren Bewegungen der Sterne in der Kleinen Magellanschen Wolke nicht von einer geordneten Rotation dominiert werden, sondern von Gravitationsstörungen, die durch wiederholte Begegnungen mit der Großen Magellanschen Wolke über Milliarden von Jahren hinweg verursacht wurden.“

Die Kleine Magellansche Wolke ist eine der nächsten Nachbargalaxien der Milchstraße und befindet sich etwa 200.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Zusammen mit der Großen Magellanschen Wolke bildet sie ein Paar wechselwirkender Satellitengalaxien, die von der südlichen Hemisphäre aus sichtbar sind. Aufgrund ihrer Nähe bieten die Magellanschen Wolken Astronominnen und Astronomen eine einzigartige Gelegenheit zu untersuchen, wie sich Galaxien unter dem Einfluss der Gravitation entwickeln. Im Laufe der Zeit haben Wechselwirkungen zwischen den beiden Galaxien ihre Formen verzerrt, Sternentstehung ausgelöst und Ströme aus Gas und Sternen in den intergalaktischen Raum gezogen. Die Bewegungen der Sterne bewahren die Spuren dieser Wechselwirkungen. Indem Astronominnen und Astronomen verfolgen, wie sich Sterne am Himmel bewegen – benannt als „Eigenbewegungen“ –, können sie die dynamische Geschichte der Galaxie rekonstruieren.

„Die neue Studie stützt sich auf Aufnahmen aus dem VMC-Projekt, einem umfangreichen Beobachtungsprogramm im nahen Infrarot, das mit dem VISTA-Teleskop am Paranal-Observatorium der Europäischen Südsternwarte in Chile durchgeführt wurde“, erklärt die AIP-Forscherin und Leiterin des Projekts, Prof. Dr. Maria-Rosa Cioni. „Die VMC-Durchmusterung wurde konzipiert, um die Magellanschen Wolken im Infrarotlicht in beispielloser Detailgenauigkeit zu kartieren, sodass wir durch den Staub blicken und Sternpopulationen über einen weiten Altersbereich hinweg untersuchen können. Die jüngste Veröffentlichung der VMC-Daten erweitert den Beobachtungszeitraum auf insgesamt 11 Jahre und ermöglicht damit wesentlich präzisere Messungen der Sternbewegungen als frühere Studien.“

Dr. Florian Niederhofer, Mitautor der Studie und Postdoktorand am AIP, fügt hinzu: „Als ich die Ergebnisse zum ersten Mal sah, war ich wirklich beeindruckt von der Qualität der gemessenen Sternbewegungen. Durch die Kombination von Beobachtungen über einen Zeitraum von mehr als einem Jahrzehnt konnten wir die interne Kinematik der Kleinen Magellanschen Wolke mit einer Detailgenauigkeit abbilden, die für bodengestützte Beobachtungen herausragend ist.“

Durch die Analyse dieser langjährigen Daten gelang es dem Team, die Genauigkeit der Eigenbewegungsmessungen im Vergleich zu früheren VMC-basierten Messungen um das Dreifache zu verbessern. Die daraus resultierenden Bewegungskarten zeigen, dass sich Sterne in der Kleinen Magellanschen Wolke entlang einer Südost-Nordwest-Achse nach außen bewegen – in Übereinstimmung mit einer durch die Anziehungskraft der Großen Magellanschen Wolke verursachten Gezeitenausdehnung. Das Team stellte fest, dass sich die Sterne in der Kleinen Magellanschen Wolke mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von etwa 17 Kilometern pro Sekunde nach außen bewegen. Bei dieser Geschwindigkeit können sich die Sterne innerhalb weniger hundert Millionen Jahre um mehrere tausend Lichtjahre verschieben – genug, um die Struktur der Galaxie erheblich zu verzerren.

Bemerkenswert ist, dass diese Ausdehnung nicht nur am Rand der Galaxie sichtbar ist, sondern auch tief in ihren zentralen Regionen. Die Forschenden fanden keine Hinweise auf eine kohärente Rotationsbewegung, sofern die Gezeiteneffekte angemessen berücksichtigt wurden. Stattdessen sind die beobachteten Sternbewegungen überwiegend radial nach außen, was darauf hindeutet, dass sich die Kleine Magellansche Wolke in einem stark gestörten dynamischen Zustand befindet.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass gängige Modelle mit rotierenden Scheiben die tatsächliche Komplexität der inneren Dynamik der Zwerggalaxie zu stark vereinfachen. Der Studie zufolge können solche Modelle Gezeitenströmungsbewegungen fälschlicherweise als Rotation interpretieren. Die Studie deckte zudem eine ausgeprägte Sternbewegung nach Norden auf, die nur bei älteren Roten Riesensternen zu beobachten ist. Dieses Merkmal könnte die Spuren einer Wechselwirkung verdeutlichen, die sich vor mehr als zwei Milliarden Jahren ereignete. Jüngere und mittelalte Sterne reagieren anders auf die Gezeitenkräfte und zeigen stärkere und kohärentere Bewegungen nach außen. Das Verhalten deutet darauf hin, dass die Sternpopulationen der Kleinen Magellanschen Wolke die verschiedenen Phasen der Wechselwirkungsgeschichte der Galaxie aufzeigen.