Zum Dritten Mal Andromeda

Nachdem unser großartiger Nachbar, die Andromedagalaxie M 31 bereits hier und hier Thema war, reiche ich nun das eben veröffentlichte Deep Sky Video nach. Die Astronomin Meghan Gray geht darin auf einen Aspekt ein, den ich nicht erwähnt habe, nämlich die große Bedeutung der Andromedagalaxie für die Geschichte der Astronomie. Sie betont auch, wie erstaunlich jung unser aktuelles Bild vom Universum ist. Es ist ein leichtes, in ein Antiquariat oder eine Universitätsbibliothek zu gehen und ein Buch zu finden, in dem der Autor nur wild mutmaßen kann, was M 31 eigentlich ist - das ist einer der Gründe, warum ich Bücher großartig finde: Bücher können alt werden.



Wie gewohnt kann man den sympathischen Schnellsprechprofessor fast nicht verstehen (ich zumindest). Wenigstens sagt er kaum etwas, was sich nicht auch in meinem Posts findet.

In und um Andromeda herum

Andromedagalaxie, Aufnahme: Julian Zoller

 In dem Post Andromeda - für alle, die es nicht erwarten können hatte ich ein tolles Bild unserer großen Schwestergalaxie Andromeda vorgestellt, das nur mit Amateurmitteln erstellt wurde. Zur Erinnerung: Die im Sternbild Andromeda gelegene große Spiralgalaxie bildet zusammen mit unserer Milchstraße das dominierende Galaxienpaar der Lokalen Gruppe. Man kann sich die Größenverhältnisse einfach wie folgt veranschaulichen: Man nehme ein Blatt Din-A4-Papier und zeichne am oberen Ende einen 1,5 cm langen Strich, am unteren Ende einen 1 cm langen Strich. Wenn jeder Strich eine der beiden großen Spiralgalaxien von der Seite repräsentiert, dann gibt das DIN-A4-Blatt in etwa den Abstand wieder.

Eine ungestörte große Sb-Spiralgalaxie wie die Andromeda-Galaxie hat eine charakteristische Strukur, die von der Seite schematisch so aussieht:

Quelle Wikipedia, Eintrag Spiralgalaxie

Wie im ersten Andromedapost erwähnt, können wir die Spiralstruktur der Andromeda aus unserem flachen Blickwinkel von nur etwa 13° gegenüber der Hauptebene nicht gut erkennen, aber immerhin zeigt die Aufnahme oben dunkle Staubbänder vor dem hellen Kern. Wie die Skizze zeigt, besteht eine Galaxie aus einer flachen Scheibe, die in der Mitte ausgebeult ist. Dieser Zentralbereich besteht aus alten ("metallarmen") Sternen und beherbergt mindestens ein zentrales Schwarzes Loch (Andromeda hat einen Dreifachkern, wobei die Natur der einzelnen Teile nicht geklärt ist. Einer der Kerne verhält sich so wie man es von einer stellaren Scheibe in Rotation um ein supermassereiches Schwarzes Loch erwarten würde *)).
In der circa 150.000 Lichtjahre durchmessenden Galaxienscheibe befindet sich jede Menge Gas und Staub, woraus sich neue Sterne bilden. Diese entstehen gleich in Gruppen blau leuchtender Sterne, sogenannte Offene Sternhaufen. Ist in der Nachbarschaft der jungen Wilden noch Gas vorhanden, aus dem noch weitere Sterne entstehen können, wird dieses von den jungen heißen Sternen zum Leuchten angeregt. Es leuchtet in einer charakteristischen roten Farbe (656 nm), durch die sich solche Sternentstehungsgebiete verraten.
Um dieses scheibenförmige Gebilde herum befindet sich der galaktische Halo **). Er besteht wie der Kern aus alten Sternen, in der Skizze oben Population-II-Sterne genannt. Diese können so alt sein, wie die Galaxie selbst. Der Altersrekord solch eines Sterns bei unserer Milchstraße liegt bei 13,2 Milliarden Jahre, fast so alt, wie das Universum selbst! (Hierzu auch das schöne Interview mit der Entdeckerin: Ich hätte gern eine Probe von meinem Stern). Auch die Kugelsternhaufen, die sich im galaktischen Halo tummeln, bestehen aus solchen alten Sternen, die nun gemeinsam wie Mücken das Galaxienzentrum umkreisen. Die Kugelsternhaufen sind eine Sammlung von zehntausend bis zu über eine Million Sterne. Sie sind wohl im Prozess der Galaxienbildung entstanden. Da sich das Gas und der Staub allerdings in der Scheibe angesammelt hat, konnten sich die Sterne der Kugelsternhaufen nicht erneuern, so dass wir hier nur noch alte Sterne antreffen. Die Altersstruktur der zahlreichen Kugelsternhaufen der Andromedagalaxie ist allerdings wesentlich inhomogener als die unserer Milchstraße. Möglicherweise verlieren Kugelsternhaufen auch ihr Gas, wenn sie bei ihrem Umlauf um das Galaxienzentrum durch die Galaxienscheibe wandern.

So weit die Theorie, aber was kann man auf unserem Bild davon erkennen? Dazu betrachtet man am besten eine invertierte s/w-Version und bedient sich einer "Andromeda-Karte", in unserem Fall das "Projekt Andromedanebel" von Wolfgang Paech. So sieht das dann aus:

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In blauer Schrift sind offene Sternhaufen, also Gruppen junger Sterne markiert. Sie sind vor allem in der Galaxienebene anzutreffen, wo es genügend Material zur Sternbildung gibt. Bei der Sternentstehung zuschauen können wir in den rot markierten Sternentstehungsgebieten. Im Halo um die Galaxie herum sind die gelb beschrifteten Kugelsternhaufen der Andromedagalaxie, von denen es mindestens 500 gibt. Wie der Name sagt, sind diese Sternhaufen kugelförmig und nicht so ohne weiteres von den nahen Einzelsternen zu unterscheiden. Die Kugelsternhaufen werden aber unter andrem nach ihrer zentralen Konzentration klassifiziert und in der Tat hat man den Eindruck, die Kugelsternhaufen haben einen Saum um einen dunklen Kern. Im äußeren Bereich eines Kugelsternhaufens ist die Anzahldichte der Sterne etwa zehnmal so hoch wie in der Sonnenumgebung, doch zum Zentrum hin nimmt diese deutlich auf die bis zu zehntausendfache Anzahldichte zu. Der Abstand der Sterne beträgt dann nur noch Lichttage, statt Lichtjahre, wie in unserem Teil der Milchstraße.

Dieses Bild zeigt einen Ausschnitt mit einer Sternentstehungsregion (SFA), die sogar eine eigene Nummer im NGC-Katalog hat.

Übrigens: Eine andere Galaxie anzuschauen ist in etwa so, wie eine Landschaft durch eine verregnete Fensterscheibe zu betrachten: Man hat Tröpfchen vor der Nase. So sehen wir auch auf der Aufnahme jede Menge Sterne. Diese individuellen Sterne (also nicht Sternhaufen) gehören allesamt zu unserer Milchstraße - Astronomen nennen diese Fensterscheibentropfen auch Feldsterne. Man erkennt sie teilweise sehr gut an dem Strahlenkreuz - zum Beispiel der helle Stern rechts unterhalb der Galaxie. Dieses Kreuz wird durch die Beugung des Lichtes an der Aufhängung des Sekundärspiegels des Telekops verursacht, es handelt sich also um ein Artefakt.

Bisher habe ich eine prominente Begleitgalaxie der Andromeda-Galaxie völlig unterschlagen, nämlich die elliptische Zwerggalaxie mit der Katalognummer M 110. Sie ist halt einfach auf unserem Bild nicht zu sehen. Als Entschädigung dafür habe ich hier eine Episode aus Deep Sky Videos, die speziell M 110 gewidmet ist, eingebaut:


Die Andromeda-Galaxie hat mindestens zehn solcher Zwerggalaxien als Begleiter. 

*) Laut Abriss der Astronomie
**) Die im Halo steckende Dunkle Materie sei hier nicht thematisiert, da wir sie naturgemäß nicht auf unserem Bild sehen können. 

Andromeda - für alle, die es nicht erwarten können

Eigentlich ist das Sternbild Andromeda ein typisches Herbststernbild. Ab Mitte Oktober steht es spät Abends hoch am Südhimmel und ist dann optimal zu beobachten. Doch beherbergt das Sternbild ein sehr spektakuläres Himmelsobjekt, das auch mit relativ einfachen Instrumenten zugänglich ist - die Andromeda-Galaxie M 31 *) - und so konnte es sich mein ungeduldiger Astrokollege Julian Zoller nicht verkneifen, jetzt schon der Andromeda aufzulauern und in einer Serie aus drei Bildern, die jeweils 5 Stunden belichtet wurden, dieses Gesamtportrait der Galaxie zu erzeugen:

Zur Großansicht anklicken, zur ganz großen Ansicht (17,1 MB) hier klicken.

 Zum Einsatz kam dabei eine handelsübliche Spiegelreflexkamera auf einem handelsüblichen Newton-Teleskop auf einer handelsüblichen EQ-6-Montierung - also nicht Big Science, aber viel Knowhow und Fleiß. Dass Julian drei Bilder machen musste, um die ganze Galaxie aufzunehmen, liegt einfach daran, dass ihre Winkelausdehnung am Himmel so groß ist: Es braucht sechs Vollmonde, um die Galaxie abzudecken.

Was wir hier sehen ist also eine Galaxie, eine Ansammlung von Gas, Staub und 300 bis 400 Milliarden Sterne - eine Welteninsel, wie Immanuel Kant diese Sternenansammlungen im Meer des Nichts nannte. Die Andromeda-Galaxie ist eine Besonderheit, denn obwohl sie fast drei Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist, können wir sie unter günstigen Bedingungen mit dem bloßen Auge sehen - weiter können wir nicht schauen **). Keine andere große Spiralgalaxie ist uns so nahe, denn die Andromeda-Galaxie bildet mit unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, das dominierende Galaxienpaar unserer näheren kosmischen Umgebung. Diese Umgebung aus mind. vierzig Objekten wird Lokale Gruppe genannt. Man kann sich die Lokale Gruppe also vorstellen als zwei gewaltige Spiralgalaxien (Andromeda, Milchstraße), eine kleinere Spiralgalaxie mit Katalognummer M 33 und einen Schwarm kleinerer Begleiter, den Zwerggalaxien. Der Spiralcharakter der Andromeda-Galaxie ist leider nicht gut zu erkennen, da wir aus einem recht flachen Winkel auf sie blicken.

Bewohner der Südhalbkugel unserer Erde bekommen zwei prominente Begleiter unserer Milchstraße häufig zu Gesicht. Es sind dies die Magellanschen Wolken. Eine auffällige Zwerggalaxie der Andromeda-Galaxie ist auf Julians Bild auch sehr gut zu erkennen. Es handelt sich um den diffusen Fleck rechts unterhalb des Galaxienzentrums. Astronomen katalogisieren diese Galaxie als M 32 oder NGC 221. Fotografiert man die Andromeda-Galaxie nicht, sondern schaut einfach direkt mittels Okular durchs Teleskop, dann erscheint M 32 wie ein fluffiger Stern aus Watte. Da aus unserer Perspektive M 32 in etwa den Rand der großen Galaxie markiert, kann man so grob abschätzen, wie viel man von Andromeda überhaupt sieht, denn diese ganzen filligranen Strukturen aus jungen bläulichen Sternen und dunklen Staubbändern sind ohne Fotografie nicht zu erkennen. Alles was wir sehen ist der helle Galaxien-Kern. Dessen Abstand zum Begleiter gibt uns also in etwa einen Eindruck von der Größe der Andromeda-Galaxie. Ob M 32 vor oder hinter dem Rand der Andromeda-Galaxie steht, ist nicht bekannt.
Apropos junge blaue Sterne: Schön zu sehen in Julians Bild ist eine besonders große blaue Wolke aus vielen Sternen im rechten Teil der Galaxie. Astronomen katalogisieren sie als NGC 206. Entdeckt wurde sie bereits 1786 von Wilhelm Herschel. ***)

Gehen wir noch einmal einen Schritt zurück: Der Name unserer großen Schwestergalaxie geht auf ihre Lage im Sternbild Andromeda zurück. Dieses Sternbild ist Teil des Sagenkomplexes um Kassiopeia, Perseus, Kepheus, Pegasus und weiterer Gestalten, die am Sternenhimmel verewigt wurden und alle recht nahe beinander stehen. Andromeda findet man sehr leicht, wenn man im Herbst das Pegasus-Quadrat bemerkt: Vier Sterne bilden ein fast perfektes Viereck. Von einer Ecke des Vierecks geht eine auffällige Sternenlinie ab, die zusammen mit dem Eckstern das Sternbild Andromeda bildet. Diese Karte zeigt die derzeitige Lage des Sternbilds um 23:00 Uhr. Da steht es noch tief im Osten, weil Julian ja nicht bis zum Herbst warten konnte, bis Andromeda um diese Uhrzeit schon hoch im Süden steht (dafür hat er die ganze Nacht durchgemacht).

Der Sternenhimmel am 22.08. um 23:00 für Heidelberg. Quelle: heavens-above.com

Andromeda ist dank dem Pegasus-Quadrat nicht nur leicht zu finden, sondern auch für sich genommen kein unauffälliges Sternbild. Immerhin 51 Sterne des Sternbildes leuchten hell genug für unser Auge unter günstigen Sichtbedingungen.

Die Lage des "Nebels" im Sternbild, Quelle: Wikipedia

Andromeda besteht im wesentlichen aus einer Kette dreier heller Sterne: Sirrah (auch Alpheratz genannt), Mirach und Alamak. Letzterer ist ein sehr schöner Doppelstern. Im Teleskop sind zwei Sterne zu sehen, der eine orangefarben, der andere blau - ein sehr schöner Farbkontrast. Eigentlich ist die leuchtschwächere blaue Komponente wieder ein Doppelstern, der aber nur sehr schwer zu trennen ist. Alamak ist also eigentlich ein Dreifachstern. Von der Mitte der Sternenkette, dem Stern Mirach ausgehend, gelangen wir via µ- und Nü-Andromedae direkt zu M 31. Man kann das echt nicht verfehlen und hat in den nächsten Monaten reichlich Gelegenheit dazu.

Im kosmischen Zeitmaßstab wird die Sichtbarkeit der Andromeda-Galaxie sogar zunehmen: Beide großen Spiralen der Lokalen Gruppe bewegen sich aufeinander zu, eine Kollision, die so in zwei Milliarden Jahren beginnen und mehrer Milliarden Jahre andauern wird. Am Ende sind unsere Milchstraße und die Andromeda-Galaxie zu einer einzigen Galaxie, nennen wir sie Milkomeda, verschmolzen.

*) Man liest auch oft Andromeda-Nebel. Das Wort "Nebel" wurde in der Zeit der ersten großen teleskopischen Beobachter gebraucht, um Objekte zu beschreiben, die keine Sterne oder Planeten sind. Über die Astrophysik dieser Objekte wusste man in der Regel nichts zu sagen. Daher ist das Wort Nebel inflationär und nebulös und ich nenne das Ding lieber gleich nach dem, was es ist: eine Galaxie. Die Bezeichnung M 31 geht auf den Katalog nebelartiger Objekte von Charles Messier (1730-1817) zurück.
**) Funfact: Da das Licht drei Millionen Jahre braucht, bis es uns erreicht, sehen wir die Andromeda-Galaxie heute so, wie sie vor drei Millionen Jahren aussah. Da aber die Galaxie einen Durchmesser von circa 150.000 Lichtjahren hat, sehen wir die eine Seite der Galaxie 150.000 Jahre früher, als die andere.
***) Da die Andromeda-Galaxie prinzipiell mit bloßem Auge zu sehen ist, kann man natürlich nicht sagen, wer sie entdeckt hat. Erwähnt wird sie zum Beispiel von dem persischen Astronomen Al Sufi im 10. Jahrhundert. M 31 ist ein gutes Beispiel dafür, dass es nicht nur darauf ankommt, etwas als erster zu sehen, sondern vor allem auch, es bemerkenswert zu finden.