Objekte des Monats: Die Antennengalaxie NGC 4038–39

Die Anten­nen­ga­la­xien NGC 4038 & NGC 4039, im süd­li­chen Stern­bild Rabe (Cor­vus), wur­den am 7. Febru­ar 1785 von dem deutsch-bri­ti­schen Astro­no­men Fried­rich Wil­helm Her­schel mit sei­nem 18,7‑Zoll-Spiegelteleskop ent­deckt. Er stuf­te sie zunächst als pla­ne­ta­ri­sche Nebel ein. Her­schel beschrieb sie als „ziem­lich hell, groß, sich öff­nend mit einem Zweig oder zwei Nebeln, die sehr schwach mit­ein­an­der ver­bun­den sind. Der süd­li­che ist der kleins­te“. Bei­de Gala­xien wur­den 1833 von sei­nem Sohn John Her­schel eben­falls beob­ach­tet. Im Jahr 1888 nahm der däni­sche Astro­nom Johan Lud­vig Emil Drey­er die bei­den Objek­te als NGC 4038 und NGC 4039 in sei­nen „New Gene­ral Cata­lo­gue“ auf. Auch im Cald­well-Kata­log von Sir Patrick Cald­well-Moo­re sind sie als Cald­well 61 & Cald­well 62 ver­zeich­net. Im Arp-Kata­log wech­sel­wir­ken­der Gala­xien sind sie als Arp 244 auf­ge­führt. Der ame­ri­ka­ni­sche Astro­nom Hal­ton Arp glie­der­te sei­nen Kata­log unge­wöhn­li­cher Gala­xien nach rein mor­pho­lo­gi­schen Kri­te­ri­en in Grup­pen ein. Die­se Gala­xien gehö­ren zur Klas­se der „Gala­xien mit Anzei­chen für eine Auf­spal­tung“. Der Name der Anten­nen­ga­la­xien (Anten­nae Gala­xies) rührt daher, dass das Gala­xien­paar lan­ge, anten­nen­ar­ti­gen Arme besit­zen, die weit aus den Ker­nen der bei­den Gala­xien her­aus­ra­gen. Sie sind auch unter dem weni­ger bekann­ten Namen Rin­gel­schwanz­ga­la­xien (Ring­tail Gala­xies) bekannt.

Zwei kollidierende und wechselwirkende Galaxien

Die Anten­nen­ga­la­xien sind ein inter­es­san­tes Paar wech­sel­wir­ken­der Gala­xien. Sie sind mit einer Hel­lig­keit von 10,3 und 10,4 mag und einer schein­ba­ren Grö­ßen von 5,2 x 3,1 und 3,1 x 1,6 Bogen­mi­nu­ten bereits in mit­tel­gro­ßen Tele­sko­pen sicht­bar. Das Gala­xien­paar steht 66 Mil­lio­nen Licht­jah­re von der Erde ent­fernt und gehö­ren zu den nächs­ten und jüngs­ten Bei­spie­len kol­li­die­ren­der Gala­xien. Lang belich­te­te Auf­nah­men zei­gen zwei läng­li­che, dün­ne Mate­rie­strän­ge, ähn­lich den Füh­lern von Insek­ten, die von den bei­den Zen­tral­be­rei­chen aus­ge­hen. Die­se Aus­läu­fer aus Gas, Staub und Ster­nen erstre­cken sich mehr als 380.000 Licht­jah­re weit in den inter­ga­lak­ti­schen Raum. Das nörd­li­che Fila­ment lässt sich etwa 5 Bogen­mi­nu­ten und das süd­li­che mehr als 10 Bogen­mi­nu­ten weit ver­fol­gen. Bei­de Fila­men­te sen­den star­ke Radio­strah­lung aus. Die Schei­ben der bei­den Gala­xien haben eine Aus­deh­nung von 77.000 Licht­jah­ren. Der Abstand zwi­schen den Zen­tren der Gala­xien wird auf etwa 30.000 Licht­jah­re geschätzt. NGC 4038 ist etwa 65° und NGC 4039 etwa 71° zu unse­rer Blick­rich­tung geneigt.

Auf­grund ihrer Wech­sel­wir­kung und der dar­aus resul­tie­ren­den Ver­dich­tung gro­ßer Gas- und Staub­wol­ken in Ver­bin­dung mit ver­schränk­ten Magnet­fel­dern erle­ben bei­de Gala­xien der­zeit einen inten­si­ven Star­burst. Dabei ent­ste­hen in rascher Fol­ge Mil­lio­nen neu­er und hel­ler Ster­ne. Die dabei ent­ste­hen­den Super­stern­hau­fen sowie rie­si­ge Emis­si­ons­ne­bel sind auf lang belich­te­ten Auf­nah­men als hel­le Kno­ten in den Spi­ral­ar­men zu erken­nen. In den Anten­nen ent­deck­ten die Astro­no­men mehr als tau­send hel­le Stern­hau­fen, die aus neu ent­stan­de­nen Ster­nen bestehen. Die meis­ten der in den Anten­nen ent­stan­de­nen Super­stern­hau­fen, von denen eini­ge mehr als eine Mil­li­on Mit­glie­der haben, wer­den sich inner­halb der ers­ten 10 Mil­lio­nen Jah­re wie­der auf­lö­sen. Eini­ge der neu­ge­bo­re­nen Hau­fen wer­den über­le­ben und sich in einer Mil­li­ar­de Jah­ren zu Kugel­stern­hau­fen ent­wi­ckeln. Die bei­den Gala­xien­ker­ne bestehen haupt­säch­lich aus alten Ster­nen, die von Staub­fä­den durch­zo­gen sind.

Vor etwa 1,2 Mil­li­ar­den Jah­ren waren NGC 4038 & NGC 4039 noch zwei getrenn­te Gala­xien, wobei die Spi­ral­ga­la­xie NGC 4039 grö­ßer war als die Bal­ken­spi­ra­le NGC 4038. 900 Mil­lio­nen Jah­ren vor unse­rer Zeit, als sich auf der Erde gera­de das höhe­re mehr­zel­li­ge Leben ent­wi­ckel­te, began­nen sich die Gala­xien ein­an­der anzu­nä­hern und sahen ähn­lich aus wie NGC 2207 und IC 2163 im Stern­bild Canis Major. Vor 600 Mil­lio­nen Jah­ren beweg­ten sich die Anten­nen direkt auf­ein­an­der zu. Sie ähnel­ten den Mäus­ega­la­xien (NGC 4676 A/B), einem Paar inter­agie­ren­der Spi­ral­ga­la­xien im Stern­bild Coma Bere­nices. Im Zeit­al­ter des Kam­bri­um, vor 500 Mil­lio­nen Jah­ren, krab­bel­ten die ers­ten Tri­lo­bi­ten bereits auf dem Mee­res­grund, als die bei­den Gala­xien zu ver­schmel­zen began­nen. Vor 300 Mil­lio­nen Jah­ren, in der Zeit des Kar­bons, in der auch die irdi­schen Stein­koh­le­wäl­der ent­stan­den, began­nen sich die Ster­ne der Anten­nen aus den bei­den Gala­xien zu lösen und in den inter­ga­lak­ti­schen Raum zu drif­ten, als sich die bei­den Gala­xien zum ers­ten Mal tra­fen. Die bei­den Schwei­fe wer­den ent­we­der in die neu ent­stan­de­ne ellip­ti­sche Gala­xie zurück­fal­len oder sich im Welt­raum verlieren.

Heu­te rei­chen die bei­den Strö­me aus­ge­sto­ße­ner Ster­ne weit über die ursprüng­li­chen Gala­xien hin­aus, was zu der Anten­nen­form geführt hat. Der Gezei­ten­schweif von NGC 4039 zeigt nur eine schwa­che H I‑Emission. Der blaue, süd­li­che Gezei­ten­schweif von NGC 4038 erscheint deut­lich hel­ler, weil er mehr ato­ma­ren Was­ser­stoff ent­hält. Bevor die galak­ti­sche Kol­li­si­on vor­bei ist, wer­den in den Gala­xien Mil­li­ar­den neu­er Ster­ne ent­ste­hen. Inner­halb der nächs­ten 400 Mil­lio­nen Jah­re wer­den die Ker­ne der Gala­xien schließ­lich kol­li­die­ren. Inner­halb der nächs­ten Mil­li­ar­den Jah­re wer­den sie zu einem ein­zi­gen gro­ßen Kern ver­schmel­zen, der von Ster­nen, Gas und Staub umge­ben ist und in des­sen Inne­rem sich ein super­mas­se­rei­ches Schwar­zes Loch befin­den wird. Beob­ach­tun­gen und Simu­la­tio­nen deu­ten dar­auf hin, dass NGC 4038 und NGC 4039 schließ­lich eine ellip­ti­sche Rie­sen­ga­la­xie bil­den werden.

Wir sehen hier ein Sze­na­rio, das auch unse­rer Milch­stra­ße droht, wenn sie in etwa 4 bis 6 Mil­li­ar­den Jah­ren mit der Andro­me­da­ga­la­xie (Mes­sier 31) kol­li­diert. Denn auch Milch­stra­ße und Andro­me­da wer­den in Zukunft wahr­schein­lich zu einer ellip­ti­schen Rie­sen­ga­la­xie ver­schmel­zen. NGC 4038 und NGC 4039 durch­que­ren ein­an­der mit sehr hoher Geschwin­dig­keit von meh­re­ren hun­dert Kilo­me­tern pro Sekun­de. Der Grund dafür, dass die galak­ti­sche Ver­schmel­zung Hun­der­te von Mil­lio­nen Jah­ren dau­ert, liegt in der enor­men Grö­ße der Gala­xien. Die für die Model­lie­rung der Gala­xien­ent­wick­lung wich­ti­ge Kol­li­si­ons- und Ver­schmel­zungs­se­quenz, die so genann­te Toom­re-Sequenz, wur­de zum Teil durch die erfolg­rei­che Model­lie­rung der „Anten­nen“ von NGC 4038 und NGC 4039 entwickelt.

Junge Kugelsternhaufen, Supernovae und Planetenentstehung

Die Anten­nen­ga­la­xien ent­hal­ten auch eine rela­tiv jun­ge Ansamm­lung mas­se­rei­cher Kugel­stern­hau­fen, die eben­falls durch die Kol­li­si­on der bei­den Gala­xien ent­stan­den sind. Das jun­ge Alter die­ser Hau­fen steht im Gegen­satz zum Durch­schnitts­al­ter der meis­ten bekann­ten Kugel­stern­hau­fen in der Milch­stra­ße und ande­ren Gala­xien, die etwa 12 Mil­li­ar­den Jah­re alt sind. Die Ent­ste­hung die­ser Kugel­stern­hau­fen geht wahr­schein­lich auf Schock­wel­len zurück, die durch die Kol­li­si­on erzeugt wur­den und gro­ße, mas­si­ve Mole­kül­wol­ken kom­pri­mier­ten. Es wird ver­mu­tet, dass die dich­tes­ten Regio­nen der kol­la­bie­ren­den und kom­pri­mier­ten Wol­ken die Geburts­stät­ten die­ser Super­stern­hau­fen sind. Bei der Ana­ly­se der Anten­nen­ga­la­xien mit dem Rönt­gen­ob­ser­va­to­ri­um Chandra wur­den Berei­che gefun­den, in denen gro­ße Men­gen schwe­rer Ele­men­te wie Neon, Magne­si­um und Sili­zi­um vor­kom­men. Die­se Ele­men­te sind not­wen­dig für die Bil­dung von Pla­ne­ten und mög­li­cher­wei­se für die Ent­ste­hung von Leben, wie wir es kennen.

Eine neue Stu­die, die die Far­ben und Hel­lig­kei­ten der roten Rie­sen­ster­ne in dem Sys­tem gemes­sen hat, zeigt außer­dem, dass die bei­den inter­agie­ren­den Gala­xien wahr­schein­lich nur 45 Mil­lio­nen Licht­jah­re von der Milch­stra­ße ent­fernt sind. In den ver­gan­ge­nen Jahr­zehn­ten wur­den in NGC 4038 außer­dem mehr als fünf Super­no­vae ent­deckt: SN 1921A (Typ unbe­kannt, 16. Grö­ßen­klas­se), SN 1974E (Typ II, 14. Grö­ßen­klas­se), SN 2004gt (Typ Ic, 14,9 mag), SN 2007sr (Typ Ia, 12,9 mag) und SN 2013dk (Typ Ic, 15,8 mag). Bei­de Gala­xien gehö­ren zur NGC 4038-Grup­pe. Hier­bei han­delt es sich um einen klei­nen Gala­xien­hau­fen, der unse­rer Loka­len Grup­pe ähn­lich und in den Stern­bil­dern Rabe und Becher zu fin­den ist. Die Grup­pe besteht aus 13 bis 27 wei­te­ren Gala­xien, die eine Flä­che von 2,5 x 2,0 Grad am Him­mel bede­cken. Bei der ange­nom­me­nen Ent­fer­nung wür­de sich die Grup­pe über 3 Mil­lio­nen Licht­jah­re in den Raum erstre­cken. Zu den hells­ten Mit­glie­dern der Grup­pe gehö­ren die Spi­ral­ga­la­xie NGC 3981 im Stern­bild Cra­ter, die Bal­ken­spi­ra­le NGC 4027 und die ellip­ti­sche Gala­xie NGC 4033 im Stern­bild Corvus.

Beobachtung

Bei­de Gala­xien haben nur eine gerin­ge Flä­chen­hel­lig­keit und erfor­dern einen dunk­len Stand­ort und gute Hori­zont­sicht. NGC 4038 und NGC 4039 sind in 4- bis 6‑Zoll gro­ßen Fern­roh­ren als zwei rela­tiv hel­le, leicht drei­ecki­ge und gekrümm­te Nebel­fle­cken sicht­bar. Bei einer höhe­ren Ver­grö­ße­rung von etwa 70-fach erschei­nen sie als haken­för­mi­ge Objek­te mit einer schwa­chen Aus­deh­nung nach Süden. Ein dunk­ler Keil, der von Wes­ten ein­dringt, trennt die Gala­xien. Nur 6 Bogen­mi­nu­ten nord­west­lich der Gala­xien befin­det sich ein Stern der 8. Grö­ßen­klas­se. Mit 8 bis 10-Zoll Tele­sko­pen und 100-facher Ver­grö­ße­rung erschei­nen bei­de Gala­xien hell und unre­gel­mä­ßig bis rund, ohne zen­tra­le Auf­hel­lung. Der dunk­le Ein­schnitt auf der West­sei­te des Gala­xien­paa­res ist nun deut­li­cher zu erken­nen. Im Osten schei­nen sie sich zu berüh­ren. Die nörd­li­che Gala­xie (NGC 4038) ist deut­lich hel­ler und rund bis oval. Sie zeigt eini­ge stel­la­re Fle­cken an ihren Enden.

Auch im Inne­ren von NGC 4039 sind eini­ge sub­ti­le Fle­cken zu erken­nen. Sie erscheint deut­lich klei­ner, schma­ler und etwas licht­schwä­cher. Die Rän­der sind deut­lich, aber nicht scharf. Bei 12 bis 14-Zoll Öff­nung erschei­nen bei­de Gala­xien herz­för­mig, wie ein Kom­ma, eine Kaul­quap­pe oder eine Gar­ne­le. Die nun gut aus­ge­präg­ten Ker­ne erschei­nen oval, etwa dop­pelt so lang wie breit. Der nörd­li­che Teil der Gala­xie (NGC 4038) erscheint auf­fäl­lig struk­tu­riert und weist eini­ge dunk­le Fle­cken auf. Hier­bei han­delt es sich um Stern­wol­ken und dunk­le Nebel inner­halb der Gala­xien­schei­be. Selbst von sehr dunk­len Stand­or­ten wie Nami­bia aus blei­ben die auf lang belich­te­ten Fotos sicht­ba­ren Anten­nen auch bei deut­lich grö­ße­rer Tele­s­ko­pöff­nung unsicht­bar. Nur 45 Bogen­mi­nu­ten süd­west­lich der Anten­nen befin­det sich die 11,3 mag hel­le Gala­xie NGC 4027.

Die Anten­nen­ga­la­xien ste­hen im west­li­chen Teil des Stern­bil­des Cor­vus. Sie sind am bes­ten in den Früh­lings­mo­na­ten zu sehen, wenn das Stern­bild Rabe über dem Süd­ho­ri­zont kul­mi­niert. Lei­der errei­chen sie in Mit­tel­eu­ro­pa nur eine gerin­ge Höhe über dem Süd­ho­ri­zont. Um die bei­den Gala­xien zu fin­den, ori­en­tie­ren wir uns an den Stern­bil­dern Cor­vus und Cra­ter. Sie lie­gen ¾ Grad nörd­lich von 31 Cra­te­ris (5,3 mag) und 3 ¼ Grad süd­west­lich von Gie­nah (Gam­ma Cor, 2,6 mag), dem hells­ten Stern im Raben. Ver­dop­pelt man den Abstand zwi­schen Algorab (Del­ta Cor, 2,9 mag) und Gam­ma Cor­vis und ver­län­gert die­se Stre­cke etwas wei­ter nach Süden, so soll­te das kol­li­die­ren­de Gala­xien­paar zwi­schen zwei Ster­nen der 9. Grö­ßen­klas­se schon bei gerin­ger Ver­grö­ße­rung im Gesichts­fled des Oku­lars auftauchen.

Auf­such­kar­te Anten­nen­ga­la­xie (NGC 4038–39) (57,7 KiB, 53 hits)

Steckbrief für NGC 4038–39