Die Große und die Kleine Magellansche Wolke sind für die AstronomInnen vor allem wegen ihrer Nähe zur Erde interessant: Die beiden Zwerggalaxien befinden sich "nur" 150.000 Lichtjahre von unserem Planeten entfernt. Von der Erde - d.h. von der Südhalbkugel - aus kann man sie daher sogar mit bloßem Auge gut erkennen.
Die nach dem portugiesischen Seefahrer Ferdinand Magellan benannten Galaxien nahe der Milchstraße werfen für die ForscherInnen viele spannende Fragen auf. Doz. Dr. Christian Theis will im Rahmen des FWF-Projektes "Entwicklung des Magellanschen Systems" zusammen mit seinem Team etwas über die Entstehung und die Entwicklungsgeschichte der beiden Wolken erfahren. "Außerdem lernen wir anhand der Magellanschen Wolken viel über die Wechselwirkung zwischen den Galaxien, weil die beiden Wolken so nah aneinander liegen", so der Astronom.
Stecknadel im Heuhaufen
Um die Entstehungsgeschichte der beiden Wolken rekonstruieren zu können, arbeiten die ForscherInnen mit Momentaufnahmen, also aktuellen "Fotografien" der Magellanschen Wolken. "Dabei handelt es sich um sehr detaillierte Beobachtungsdaten aus dem optischen und aus dem Radiobereich", erklärt Christian Theis die Vorgehensweise. Auf der Basis dieser Daten werden anschließend numerische Computersimulationen durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung von Computermodellen, die den aktuellen Beobachtungen und Momentaufnahmen entsprechen.
Die Suche nach dem richtigen Modell ist mit der sprichwörtlichen Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen vergleichbar. "Wir müssen Millionen von Simulationsrechnungen durchführen, um das optimale Modell zu finden - deshalb haben wir ein Schnellverfahren entwickelt."
Anpassung nach Darwin
Bei diesem Schnellverfahren bedienen sich die ForscherInnen unter anderem Methoden, die sie der Natur "abgeschaut" haben: sogenannten "genetischen Algorithmen": "So wie sich die Lebewesen im Laufe der Evolution immer besser an ihre Rahmenbedingungen angepasst haben, so passen auch wir unsere Modelle an die Daten aus den Beobachtungen an."
Damit sind Theis und sein Team die Ersten, die den Mechanismus der Anpassung auf die Wechselwirkungen von Galaxien übertragen haben. "Diese Methode hat sich als äußerst effektiv erwiesen - wir können damit sehr viel schneller rechnen und auf diese Weise die Entwicklungsgeschichte der Galaxien entschlüsseln", freut sich der Astronom.
Denn ohne diese (Näherungs-)Modelle bräuchten die ForscherInnen viele Jahre, um das richtige Modell zu finden. In diesem ersten Teil des Projekts vergleichen die ForscherInnen ihre Ergebnisse aus den gerechneten Simulationen immer wieder mit den Momentaufnahmen der Magellanschen Wolken. Infolgedessen erhalten sie einerseits Informationen über die Kinematik und die Geschichte der Magellanschen Wolken, andererseits aber auch über die Struktur unserer eigenen Galaxis, der Milchstraße.
Sternentstehung, …
"In einem nächsten Schritt versuchen wir - auf der Basis der Ergebnisse aus den numerischen Rechnungen - sehr detaillierte Simulationen zu entwickeln", erklärt Christian Theis den zweiten Teil des Projekts. Aufgrund der guten Vorarbeit kann das ForscherInnenteam nun die passenden Computermodelle heranziehen und anhand von sehr detaillierten, astrophysikalischen Rechnungen weiteren Fragen nachgehen. "Um festzustellen, wie die Sternentstehung abläuft, wie sich das Gas in Sterne umwandelt oder was passiert, wenn Sterne wieder Gas und Energie abgeben, müssen wir dabei sehr komplexe und damit zeitaufwändige Rechnungen durchführen", so der Projektleiter.
... Dunkle Materie …
Der dominante Anteil an Materie im Kosmos ist unsichtbar: die sogenannte "Dunkle Materie". "Auch wenn sie nicht sichtbar ist, müssen und können wir sie in unseren Berechnungen berücksichtigen: Sie bestimmt das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen Galaxien", sagt Christian Theis. Im Rahmen des Projekts will er u.a. auch mehr über Verteilung dieser Dunklen Materie in den Galaxien erfahren: "Man weiß nicht genau, was die Dunkle Materie ist - aber man vermutet, dass sie aus Elementarteilchen besteht. Außerdem wissen wir, dass sie der Gravitation unterliegt, weshalb wir sie in unseren Berechnungen mitberücksichtigen können", erklärt der Astrophysiker. Aus den Wechselwirkungen der Galaxien können die AstronomInnen also auch auf die Verteilung der Dunklen Materie in den Galaxien Rückschlüsse ziehen.
… und Galaxienkannibalismus
Die Simulationen, die Christian Theis und sein Team am Computer erarbeitet haben, zeigen, was den Magellanschen Wolken in ferner Zukunft bevorsteht: Sie kommen der Milchstraße immer näher, bis diese sie "auffrisst" - Galaxienkannibalismus. In dem Moment, in dem eine Galaxie der anderen sehr nahe kommt, reagieren die Galaxien sehr stark: Sie kippen oder sie können teilweise bzw. vollständig zerreißen. Oft bilden sie dabei neue Sterne. Am Ende "frisst" die Größere die Kleinere auf. "Anhand unserer Simulationen kann man also auch die Sternbildungsphasen zurückrechnen und daraus Rückschlüsse über Alter der Sterne in den Magellanschen Wolken ziehen", erklärt der Projektleiter.
Millionenfach gerechnet
Niemand hat bisher so viele Rechnungen zum Magellanschen System durchgeführt wie das Team rund um Christian Theis. "Wir sind die Ersten, die diesen Parameterraum so intensiv untersuchen", ist der Astronom stolz. Sein Kollege und Projektmitarbeiter Dr. Adam Růžička ergänzt: "Mit Hilfe der Methode der Anpassung einfacher Modelle und der Anwendung von Detailmodellen im zweiten Schritt konnten wir bereits eine Million Rechnungen durchführen. Es gibt zwar eine Reihe anderer Teams, die zu den Magellanschen Wolken forschen, aber aufgrund unserer innovativen Ideen und unserer Erfahrung in diesem Bereich finden unsere Forschungsergebnisse weltweite Beachtung." (ps)
Doz. Dipl.-Phys. Dr. Christian Theis vom Institut für Astronomie leitet das dreijährige FWF-Projekt "Entwicklung des Magellanschen Systems", das im September 2008 startete. ProjektmitarbeiterInnen: Dr. Adam Růžička, Mag. cand. Christian Göschl. |
