Astronomen haben das Zentrum der Milchstraße so detailliert kartiert wie nie zuvor. Möglich wurde das mit dem Radioteleskopverbund Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in der chilenischen Atacama-Wüste. Das entstandene Mosaik ist das bislang größte ALMA-Bild überhaupt. Es zeigt ein dichtes Geflecht aus kaltem Gas, Staub und filigranen Filamenten – den Rohstoff für neue Sterne.
Im Fokus steht die sogenannte zentrale Molekülzone (CMZ). Diese Region erstreckt sich über mehr als 650 Lichtjahre rund um das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A*. Hier herrschen extreme Bedingungen: starke Gravitation, intensive Strahlung, turbulente Gasbewegungen.
„Es ist ein Ort der Extreme, für unsere Augen unsichtbar, aber jetzt in außergewöhnlicher Detailgenauigkeit sichtbar gemacht“, sagt Ashley Barnes von der Europäische Südsternwarte.
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Kaltes Gas als Schlüssel zur Sternentstehung
ALMA misst Millimeter- und Submillimeterstrahlung. Damit lassen sich kalte Gaswolken untersuchen, die im sichtbaren Licht verborgen bleiben. Genau dieses kalte, molekulare Gas ist entscheidend. Es bildet die dichten Klumpen, aus denen später Sterne entstehen.
Die neue Kartierung trägt den Namen ACES – ALMA CMZ Exploration Survey. Erstmals haben Forschende die gesamte zentrale Molekülzone in hoher Auflösung erfasst. Das Mosaik wirkt wie eine Landkarte kosmischer Strömungen. Gas fließt entlang langer Filamente. Es sammelt sich in Verdichtungen. Dort können Sterne entstehen.
Am Rand der Milchstraße ist dieser Prozess gut untersucht. Im Zentrum jedoch laufen die gleichen physikalischen Mechanismen unter deutlich härteren Bedingungen ab. Höhere Temperaturen, stärkere Scherkräfte und häufige Schockwellen verändern die Dynamik.
„Die CMZ beherbergt einige der massereichsten Sterne unserer Galaxie, von denen viele ein kurzes Leben haben und früh sterben, ihr Leben in gewaltigen Supernova-Explosionen oder sogar Hypernovae beenden“, sagt Steve Longmore von der Liverpool John Moores University.
Solche Explosionen setzen enorme Energiemengen frei. Sie verdichten umliegendes Gas oder reißen es auseinander. Beides beeinflusst, wie neue Sterne entstehen.
Chemisches Labor im Galaxienkern
Die ACES-Daten liefern nicht nur Bilder. Sie enthalten auch Spektralinformationen. Daraus lassen sich Moleküle identifizieren. Die Forschenden fanden Dutzende chemischer Verbindungen. Neben einfachen Molekülen wie Siliziummonoxid tauchen komplexere organische Stoffe auf, darunter Methanol, Ethanol und Aceton.
Solche Moleküle entstehen in dichten, kalten Gaswolken. Sie sind Bausteine komplexerer Chemie. Das Zentrum der Milchstraße wird damit zu einem natürlichen Labor für Astrochemie.
Katharina Immer von der ESO sagt: „Wir hatten bei der Planung der Untersuchung ein hohes Maß an Detailgenauigkeit erwartet, waren aber dennoch überrascht von der Komplexität und Vielfalt, die sich im endgültigen Mosaik zeigte.“
Das Bild deckt Strukturen von mehreren Dutzend Lichtjahren ebenso ab wie kleine Gaswolken im Umfeld einzelner Sterne. Diese große Dynamik an Skalen macht den Datensatz besonders wertvoll.
Blick zurück ins frühe Universum
Die zentrale Molekülzone ist einzigartig. Kein anderer galaktischer Kern liegt nahe genug, um ihn so detailliert zu untersuchen. Gleichzeitig ähnelt die Region Galaxien im frühen Universum. Dort bildeten sich Sterne in chaotischen, dichten Umgebungen.
„Indem wir untersuchen, wie Sterne in der CMZ entstehen, können wir uns auch ein klareres Bild davon machen, wie Galaxien gewachsen sind und sich entwickelt haben“, sagt Longmore. „Wir glauben, dass diese Region viele Gemeinsamkeiten mit Galaxien im frühen Universum hat, wo Sterne in chaotischen, extremen Umgebungen entstanden sind.“
Damit wird die CMZ zu einer Art Zeitmaschine. Sie erlaubt Rückschlüsse auf Prozesse, die Milliarden Jahre zurückliegen.
Technische Dimension des Projekts
Für das Mosaik kombinierten die Forschenden zahlreiche Einzelbeobachtungen. Am Himmel entspricht die Länge des Bildes etwa drei nebeneinanderliegenden Vollmonden. Ein derart großes Gebiet wurde mit ALMA zuvor nicht systematisch kartiert.
Die Ergebnisse erscheinen in mehreren Fachartikeln in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Ein weiterer Beitrag befindet sich noch im Begutachtungsverfahren.
Die technische Entwicklung geht weiter. Ein geplantes Sensitivitäts-Upgrade von ALMA soll die Bandbreite und Empfindlichkeit erhöhen. Zusätzlich wird künftig das Extremely Large Telescope der ESO optische und infrarote Daten mit extrem hoher Auflösung liefern.
Barnes formuliert es so: „In vielerlei Hinsicht ist dies erst der Anfang.“
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