Ein 3D-Modell der „lokalen Blase“ der Milchstraße, erstellt mit Daten von eROSITA (Bildnachweis: Michael Yeung / MPE)
Astronomen haben anhand von Daten des eROSITA-All-Sky-Surveys eine 3D-Karte der Blase mit geringer Dichte aus röntgenstrahlendem, Millionen Grad heißem Gas erstellt, die das Sonnensystem umgibt.
Die Untersuchung hat einen großräumigen Temperaturgradienten innerhalb dieser Blase, der so genannten Local Hot Bubble (LHB), aufgedeckt, was bedeutet, dass sie sowohl heiße als auch kalte Stellen enthält. Das Team vermutet, dass dieser Temperaturgradient durch explodierende massereiche Sterne verursacht wurde, die in Supernovas explodierten und die Blase wieder aufheizten. Diese Wiedererwärmung würde dazu führen, dass sich die Tasche mit dem Gas geringer Dichte ausdehnt.
Die Forscher fanden auch etwas, das ein „interstellarer Tunnel“ zu sein scheint, ein Kanal zwischen Sternen, der auf das Sternbild Centaurus ausgerichtet ist. Dieser Tunnel verbindet möglicherweise die Heimatblase des Sonnensystems mit einer benachbarten Superblase und könnte durch ausbrechende junge Sterne und starke und schnelle Sternwinde geschaffen worden sein.
Das LHB-Konzept ist den Wissenschaftlern seit mindestens fünf Jahrzehnten bekannt. Dieser Hohlraum aus Gas mit geringer Dichte wurde erstmals vorgeschlagen, um Hintergrundmessungen von relativ niederenergetischer oder „weicher“ Röntgenstrahlung zu erklären. Diese Photonen mit einer Energie von etwa 0,2 Elektronenvolt (eV) können nicht sehr weit durch den interstellaren Raum reisen, bevor sie absorbiert werden.
Die Tatsache, dass es in unserer unmittelbaren Sonnenumgebung keine großen Mengen an interstellarem Staub gibt, der diese Photonen aussenden könnte, deutet auf die Existenz eines Plasmas hin, das weiche Röntgenstrahlen aussendet und neutrale Materialien um das Sonnensystem herum in einer „Local Hot Bubble“ verdrängt. Damit waren die Theorien über die LHB geboren.
Eines der größten Probleme mit dieser Theorie trat 1996 auf, als Wissenschaftler feststellten, dass der Austausch zwischen dem Sonnenwind, einem Strom geladener Teilchen, die von der Sonne ausgeblasen werden, und den Teilchen in der „Geokorona“, der äußersten Schicht der Erdatmosphäre, Röntgenphotonen mit ähnlichen Energien aussendet, wie sie für den LHB angenommen werden.
Unterstanding the solar system’s local bubble
Das eROSITA-Teleskop, das Hauptinstrument der 2019 gestarteten Mission Spectrum-Roentgen-Gamma (SRG), ist das ideale Instrument, um dieses Rätsel anzugehen. Mit einer Entfernung von 1 Million Meilen (1,5 Millionen Kilometern) von der Erde ist eROSITA das erste Röntgenteleskop, das das Universum außerhalb der Geokorona der Erde beobachtet, was bedeutet, dass potenzielles „Röntgenrauschen“ bei der Beobachtung von Photonen aus dem LHB ausgeschlossen werden kann.
Zusätzlich sammelte eROSITA’s All-Sky Survey (eRASS1) Daten während einer Flaute im 11-jährigen Sonnenzyklus, wenn die Sonnenwinde schwach sind, dem sogenannten „solaren Minimum“. Dadurch wurde die Verunreinigung durch den Austausch von Sonnenwinden reduziert.
„Mit anderen Worten, die eRASS1-Daten, die in diesem Jahr der Öffentlichkeit zugänglich gemacht wurden, bieten den bisher saubersten Blick auf den Röntgenhimmel, was das Instrument zum perfekten Instrument für die Untersuchung des LHB macht“, sagte der Teamleiter Michael Yeung, ein Forscher am Max-Planck-Institut für Physik (MPE), in einer Erklärung.
Zwei Versionen von eRosita All-Sky Survey Catalogue (eRASS1) Daten (rechts) der Röntgenhimmel über der Erde (rechts) Röntgenquellen. (Bildnachweis: MPE, J. Sanders für das eROSITA-Konsortium)
Nachdem sie die Hemisphäre der Milchstraße in 2.000 verschiedene Regionen unterteilt hatten, analysierten Yeung und Kollegen das Licht aus all diesen Regionen. Dabei entdeckten sie ein deutliches Temperaturgefälle in der LHB, wobei der galaktische Norden kühler ist als der galaktische Süden.
Dasselbe Team hatte bereits festgestellt, dass das heiße Gas des LHB in Bezug auf seine Dichte relativ einheitlich ist. Durch den Vergleich mit dem Gas in kühlen und dichten Molekülwolken am Rande des LHB konnte das Team eine detaillierte 3D-Karte des LHB erstellen.
3D-Struktur der lokalen Blase der Milchstraße, erstellt mit Daten von eROSITA. (Bildnachweis: Michael Yeung/MPE)
Dabei zeigte sich, dass die LHB in Richtung der Pole der galaktischen Hemisphäre gestreckt ist. Heißes Gas dehnt sich in die Richtung aus, die den geringsten Widerstand bietet, und das ist in diesem Fall die Richtung weg von der galaktischen Scheibe. Für die Forscher war dies keine große Überraschung, da es sich um eine Erkenntnis handelt, die bereits von eROSITAs Vorgänger, ROSAT, vor etwa drei Jahrzehnten gewonnen wurde.
Aber die neue 3D-Karte enthüllte etwas bisher Unbekanntes.
„Was wir nicht wussten, war die Existenz eines interstellaren Tunnels in Richtung Centaurus, der eine Lücke in das kühlere interstellare Medium reißt“, sagte Teammitglied und MPE-Physiker Michael Freyberg in der Erklärung. „Diese Region hebt sich dank der deutlich verbesserten Empfindlichkeit von eROSITA und einer im Vergleich zu ROSAT völlig anderen Vermessungsstrategie deutlich ab.“
Der Nebel L1527 und sein ausbrechender Protostern bieten ein himmlisches Feuerwerk, das vom JWST aufgenommen wurde. Rückkopplungen wie diese könnten dazu beitragen, ein Netzwerk von „Tunneln“ zwischen Sternen zu schaffen. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI)
Spannenderweise vermutet das Team, dass der Centaurus-Tunnel im LHB nur ein Teil eines Netzwerks von Tunneln aus heißem Gas sein könnte, die sich durch das kühle Gas des interstellaren Mediums zwischen den Sternen bohren.
Dieses Netzwerk des interstellaren Mediums würde durch den Einfluss von Sternen in Form von Sternwinden, Supernovas, die den Tod massereicher Sterne markieren, und Strahlen, die von neu gebildeten Sternen oder „Protosternen“ ausgehen, aufrechterhalten und gestützt werden.
Diese Phänomene werden als „stellare Rückkopplung“ bezeichnet, und es wird angenommen, dass sie die Milchstraße überziehen und sie dadurch formen.
Neben der 3D-Karte der LHB erstellte das Team auch eine Zählung von Supernova-Wrackteilen, Superblasen und Staub, die sie in die Karte einfügten, um ein interaktives 3D-Modell der kosmischen Nachbarschaft des Sonnensystems zu erstellen.
Dazu gehörte auch ein weiterer, bisher bekannter Tunnel im interstellaren Medium, der Canis-Majoris-Tunnel. Es wird vermutet, dass er sich zwischen dem LHB und dem Gum-Nebel oder zwischen dem LHB und GSH238+00+09, einem weiter entfernten Superbläschen, erstreckt.
Sie kartierten auch dichte Molekülwolken am Rande des LHB, die sich von uns wegbewegen. Diese Wolken könnten sich gebildet haben, als der LHB „geräumt“ wurde und dichteres Material an seine Ränder gespült wurde. Dies könnte auch einen Hinweis darauf geben, wann die Sonne in diese lokale Blase mit geringer Dichte eingetreten ist.
„Eine weitere interessante Tatsache ist, dass die Sonne vor ein paar Millionen Jahren in die LHB eingetreten sein muss, eine kurze Zeit im Vergleich zum Alter der Sonne [4,6 Milliarden Jahre] “, sagte Teammitglied und MPE-Wissenschaftler Gabriele Ponti. „Es ist reiner Zufall, dass die Sonne eine relativ zentrale Position im LHB einzunehmen scheint, während wir uns kontinuierlich durch die Milchstraße bewegen.“
Sie können das 3D-Modell des Teams unserer solaren Nachbarschaft hier erkunden.
