Die Milchstraße ist außen nicht nur gekrümmt, sondern auch gewellt

Eine gekrümmte Scheibe mit zusätzlichen Wellen

Als galaktische Verformung oder Warp bezeichnen Astronomen die großräumige Biegung der äußeren Scheibenbereiche aus der zentralen Ebene heraus. Ein solches Modell beschreibt die Grundform der Milchstraße jedoch nicht vollständig.

Das Team untersuchte einen dreidimensionalen Katalog mit mehr als 30.000 Molekülwolken aus der Durchmusterung „Milky Way Imaging Scroll Painting“ (MWISP). Dafür nutzte das Projekt das 13,7 Meter große Millimeterwell望enteleskop des Purple Mountain Observatory, um Kohlenmonoxid-Emissionen entlang der nördlichen galaktischen Ebene zu messen.

Zunächst modellierten die Forschenden die großräumige Verformung der Gasscheibe. Anschließend zogen sie diese glatte Grundform von den beobachteten Positionen ab. Die verbleibenden Abweichungen waren nicht zufällig verteilt: Sie bildeten zusammenhängende, wellenartige Strukturen in der äußeren Molekülgasscheibe.

Vereinfacht gesagt: Die äußere Milchstraße gleicht einer gebogenen Scheibe, durch die zusätzliche Wellen laufen.

Warum Kohlenmonoxid die Strukturen sichtbar macht

Kalte Molekülwolken lassen sich im sichtbaren Licht nur schwer untersuchen, weil Staub große Teile der galaktischen Scheibe verdeckt. Kohlenmonoxid, kurz CO, ist deshalb ein wichtiger indirekter Beobachter: Seine Spektrallinien weisen auf kaltes Molekülgas hin – jenes Material, aus dem neue Sterne entstehen.

Die MWISP-Durchmusterung erfasst mit dem Teleskop des Purple Mountain Observatory gleichzeitig die J=1–0-Übergänge von ^12CO, ^13CO und C^18O. Die Spektrallinien liefern außerdem Geschwindigkeitsinformationen. Zusammen mit den beobachteten Positionen konnten die Forschenden so die Verteilung der Wolken im Raum rekonstruieren und bestimmen, wie weit sie über oder unter einer modellierten galaktischen Ebene liegen.

Die große Zahl der untersuchten Wolken war entscheidend. Erst die Kartierung von Zehntausenden Objekten machte es möglich, ein zusammenhängendes Muster von den unregelmäßigen Positionen einzelner Molekülwolken zu unterscheiden.

Erst den Warp herausrechnen, dann die Ripples erkennen

Wären sämtliche Höhenabweichungen einfach der großen Verformung zugerechnet worden, hätten die kleineren Strukturen verborgen bleiben können. Die Modellierung der breiten Biegung schuf deshalb eine Vergleichsgrundlage: Was bleibt übrig, wenn die glatte Form entfernt wird?

Die Antwort lautete: deutlich mehr als zufällige Schwankungen. Die verbleibenden Auf- und Abbewegungen waren so geordnet, dass sie Korrugationen gleichen – Wellen, die der größeren Form der Scheibe überlagert sind. Die Entdeckung verändert damit das gängige Bild einer bloß „verzogenen“ Milchstraße, statt lediglich die bisherige Messung zu verfeinern.

Woher könnten die Wellen stammen?

Die Forschenden vermuten, dass es sich um Biegewellen handeln könnte, die durch äußere gravitative Störungen angeregt wurden. Als mögliche Auslöser kommen Begegnungen mit Begleit- oder Zwerggalaxien infrage.

Solche Wellen könnten speichern, wie frühere Wechselwirkungen die äußeren Bereiche der Milchstraße beeinflusst haben und wie sich die dabei ausgelösten Störungen durch die Scheibe ausbreiteten. Die Beobachtung benennt jedoch keine bestimmte Satellitengalaxie als eindeutig verantwortlichen Auslöser. Die Erklärung bleibt daher eine plausible Interpretation und ist noch keine bestätigte Zuordnung.

Was die Entdeckung für die Astronomie bedeutet

Die Korrugationen eröffnen eine neue Möglichkeit, die dreidimensionale Struktur der Milchstraße zu untersuchen. Die äußere Scheibe erscheint nun nicht mehr als weitgehend statische Fläche mit einer einzigen großen Biegung. Stattdessen müssen Astronomen betrachten, wie sich großräumige Verformungen und darüberliegende Wellen im sternbildenden Gas gemeinsam entwickeln.

Form, Größe und Zusammenhang der Ripples lassen sich künftig mit Modellen gravitativer Begegnungen und der Bewegung von Biegewellen vergleichen. Das könnte Hinweise darauf liefern, welchen Störungen die Milchstraße in ihrer Vergangenheit ausgesetzt war.

Der zentrale Befund ist zunächst ein beobachteter: In der äußeren molekularen Scheibe der Milchstraße gibt es neben dem großen Warp weit verbreitete senkrechte Ripples. Welche Wechselwirkung oder Kombination von Prozessen sie genau erzeugt hat, müssen weitere Beobachtungen und Modellrechnungen klären.