Die Sombrero-Galaxie, aufgenommen mit dem MIRI-Instrument des JWST (Bildnachweis: NASA/ESA/CSA/STScI)
Das brandneue Bild des James Webb Weltraumteleskops von der Sombrero-Galaxie lässt diese Sternenstadt in einem neuen Licht erscheinen – im mittleren Infrarotlicht, um genau zu sein – und enthüllt Staubklumpen in einem gefleckten äußeren Ring.
Die Sombrero-Galaxie wurde so benannt, weil sie auf Bildern im sichtbaren Licht mit ihrem breiten Rand und ihrem wulstigen Zentrum fast wie ein Sombrero-Hut aussieht, wenn sie frontal auf uns gerichtet ist. Auf diesem neuen Bild, das mit dem Mid-Infrared Instrument (MIRI) des JWST aufgenommen wurde, das durch Gaswolken und warmen Staub hindurchsehen kann, sind diese klassischen Merkmale der Sombrero-Galaxie verschwunden und durch einen klumpigen Staubring um eine Lücke ersetzt worden, in der sich der helle Kern befindet, in dem ein supermassereiches Schwarzes Loch lauert.
Der Sombrero (katalogisiert als Messier 104 und NGC 4594) befindet sich etwa 31 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Jungfrau und ist die massereichste Spiralgalaxie im Umkreis von 100 Millionen Lichtjahren von uns. Die Gesamtmasse aller Sombrero-Sterne beträgt 260 Milliarden Sonnenmassen und ist damit fast fünfmal so groß wie die aller Sterne in unserer Milchstraßengalaxie.
Man könnte also meinen, dass der Sombrero eine Brutstätte der Sternentstehung sein muss, aber das Gegenteil ist der Fall. Im Durchschnitt wird im Sombrero pro Jahr eine halbe Sonnenmasse Gas in Sterne umgewandelt, verglichen mit ein bis zwei Sonnenmassen in der Milchstraße. Mit anderen Worten: Die Sternentstehung ist bis zu viermal langsamer als in unserer Galaxie.
Sterne produzieren Staub, wenn sie sterben, und dieser Staub klumpt dann zusammen, oft um die Keimzellen neuer Sterne, die gerade geboren werden. MIRI ist in der Lage, das sichtbare Glühen aller Sterne im Sombrero zu durchdringen und diesen kalten Staub aufzuspüren. Aus diesem Grund ist die bekannte Ausbuchtung des Sombrero auf diesem neuen Bild fast verschwunden.
Was MIRI sieht, ist der staubreiche äußere Ring des Sombreros, der faszinierende Details von wispy Staubwolken enthält. Insbesondere beobachtete MIRI die Emission von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK), großen kohlenstoffhaltigen Molekülen, die häufig in Sternentstehungsgebieten zu finden sind. Für die Bildung von Sternen braucht man jedoch mehr als nur Staub, nämlich molekulares Wasserstoffgas. Der Staub kann das Gas isolieren und es so kalt halten, dass es durch die Schwerkraft kollabiert.
Doch die Sternentstehungsrate sagt uns, dass im Sombrero nicht mehr viel molekularer Wasserstoff vorhanden ist. Die Modelle der Astronomen deuten darauf hin, dass die große Ausbuchtung, die im sichtbaren Licht zu sehen ist, wahrscheinlich während eines riesigen Starburst-Ereignisses vor vielen Milliarden Jahren entstanden ist, bei dem der größte Teil der für die Sterne benötigten Rohstoffe verbraucht wurde. Das verbliebene Gas treibt seitdem die magere Rate der Sternentstehung an. Diese Sternentstehung findet hauptsächlich im staubigen äußeren Ring statt.
Die Sombrero-Galaxie, gesehen vom Hubble-Weltraumteleskop im sichtbaren Licht. (Bildnachweis: NASA/ESA/Hubble Heritage Team (STScI/AURA))
Die Sombrero-Galaxie liegt zwar in der allgemeinen Himmelsrichtung des Virgo-Galaxienhaufens, ist aber kein Mitglied dieses Haufens – sie befindet sich etwa 25 Millionen Lichtjahre näher an uns, in einer ziemlich leeren Region des Weltraums. Im Gegensatz zu unserer Milchstraße, die die Magellanschen Wolken sowie die Andromedagalaxie und die Dreiecksgalaxie zur Gesellschaft hat, ist der Sombrero ziemlich isoliert, eine Einsamkeit, die Auswirkungen auf seine Entwicklung hatte, die die Astronomen noch untersuchen.
Nahe Begegnungen zwischen Galaxien können Gas und Staub aufwirbeln und in Richtung des supermassiven schwarzen Lochs im Zentrum dieser Galaxien schieben. Wenn dies geschieht, verschlingen die schwarzen Löcher das Material, das auf sie fällt, und die unmittelbare Umgebung um sie herum leuchtet auf und wird zu einem aktiven galaktischen Kern (AGN), der Jets von hochenergetischen Teilchen ausspuckt, die sich oft mit annähernder Lichtgeschwindigkeit bewegen. Der Sombrero scheint keine derartigen Begegnungen erlebt zu haben, zumindest nicht seit vielen Milliarden Jahren.
Das zentrale Schwarze Loch des Sombrero, das etwa eine Milliarde Sonnenmassen umfasst, ist heutzutage ziemlich ruhig, aber wir wissen, dass es das vor langer Zeit nicht war. Anfang 2024 entdeckten Astronomen, die das Very Large Array von Radioteleskopen in New Mexico benutzten, riesige Keulen von Radiowellen aussendenden Teilchen, die sich über etwa 30.000 Lichtjahre auf beiden Seiten des Sombreros erstreckten. Diese Keulen wurden von starken Jets erzeugt, die einst aus dem AGN des Sombrero hervorbrachen. Obwohl es keine benachbarten Galaxien gibt, mit denen der Sombrero in Wechselwirkung treten und seine AGN-Aktivität antreiben könnte, ist es möglich, dass eine riesige intergalaktische Gaswolke irgendwann in der Vergangenheit auf die Galaxie fiel und den Treibstoff für das AGN lieferte.
Heute ist das Schwarze Loch der Sombrero-Galaxie so inaktiv, dass es einen Jet von nur wenigen Lichtjahren Länge erzeugt, der vom Very Long Baseline Array der Radioteleskope in den Vereinigten Staaten entdeckt wurde.
Bei all der Sternentstehung und der Aktivität der schwarzen Löcher in der Vergangenheit scheint es, als kämen wir zu spät zur Sombrero-Party und hätten die ganze Aufregung verpasst. Stattdessen fangen wir die Szene am Tag danach ein, die Party ist nur noch eine Erinnerung, und die Nachwirkungen sind kaum noch zu erkennen, da sich der Staub gelegt hat. Der Sombrero sitzt einsam in den Tiefen des Weltraums, relativ sicher vor Kollisionen mit anderen Galaxien, seine Partytage sind vorbei, und der Sombrero kann nun in Würde altern.
