Perseus Spiral Arm ist näher als bisher gedacht

Die Standorte unseres Sonnensystems und von W3OH in unserer Galaxie. Bildnachweis: Max-Planck-Gesellschaft Zum Vergrößern anklicken
Der Perseus-Spiralarm, der nächste Spiralarm in der Milchstraße außerhalb der Sonnenbahn, liegt nur halb so weit von der Erde entfernt, wie einige frühere Ergebnisse nahegelegt hatten. Ein internationales Team von Astronomen, darunter Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR), hat kürzlich die genaueste Entfernungsmessung zum Perseus-Arm erzielt, die es je gab. Dies wurde mithilfe einer Vielzahl von Radioteleskopen in den USA durchgeführt, die als Very Long Baseline Array bezeichnet werden. Dabei wurden sehr helle Flecken in Gaswolken beobachtet, die Methylalkohol im Plazentamaterial enthalten, das einen neu gebildeten Stern namens W3OH umgibt.

Dr. Xu Ye, ein Astronom am Shanghai Observatory, der jetzt am Max-Planck-Institut für Radioastronomie arbeitet, und eines der Mitglieder des internationalen Teams, das die Messungen durchgeführt hat, erklärte: „Wir haben die Entfernung am einfachsten und einfachsten gemessen direkteste Methode in der Astronomie – im Wesentlichen die Technik, die von Vermessungsingenieuren als Triangulation bezeichnet wird. “ Insbesondere nutzte das Team den sich ändernden Blickwinkel der Erde, um die Sonne zu umkreisen und ein Bein eines Dreiecks zu bilden. Durch Messung der Änderung der scheinbaren Position einer Quelle könnten sie die Entfernung der Quelle durch einfache Trigonometrie berechnen (was 6357 bf 130 Lichtjahre ergibt).

Dieses Ergebnis löst das seit langem bestehende Problem des Abstands zu diesem Spiralarm. In der Vergangenheit waren verschiedene Methoden zur Entfernungsmessung um mehr als den Faktor 2 nicht einverstanden. Prof. Karl Menten, ein weiteres Mitglied des Teams, erklärt: „Dies bestätigt Entfernungen basierend auf der scheinbaren Leuchtkraft junger Sterne, stimmt jedoch nicht mit Entfernungen überein, die auf basieren ein Modell der Rotation der Milchstraße. Der Grund für die Diskrepanz ist, dass junge Sterne im Perseus-Spiralarm unerwartet große Bewegungen haben. “

Die Astronomen stellten fest, dass sich der junge Stern nicht in einer Kreisbahn um die Milchstraße bewegt, sondern um 10% von der Kreisbahn abweicht. Es dreht sich langsamer und „fällt“ in Richtung der Mitte der Milchstraße. Teammitglied Zheng Xing-Wu von der Universität Nanjing weist darauf hin, dass „die einfachste Erklärung darin besteht, dass die Gaswolke, aus der sich der Stern gebildet hat, durch überschüssige Materialmasse im Perseus-Spiralarm durch die Gravitation angezogen wurde.“

"Studien wie unsere sind die ersten Schritte, um die Milchstraße genau abzubilden", sagt Dr. Mark Reid, Mitglied des Teams des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "Wir haben festgestellt, dass das von uns verwendete Radioteleskop, das Very Long Baseline Array, Entfernungen mit beispielloser Genauigkeit messen kann – fast um das 100-fache besser als bisher." Um ein Gefühl für diese Messung zu bekommen, kann man sich eine Person vorstellen, die auf dem Mond steht und eine Fackel in der ausgestreckten Hand hält. Lassen Sie sie sich wie ein Eisscater umdrehen, aber nur eine einzige Umdrehung innerhalb eines Jahres. Die VLBA-Messung entspricht der Messung der Bewegung des Brenners mit einer Genauigkeit, die mit der Größe des Brenners vergleichbar ist.

Die verwendete Technik ist die Very Long Baseline Interferometry (VLBI), bei der Beobachtungen mit vielen Teleskopen kombiniert werden, um die Auflösung eines außergewöhnlich großen Teleskops zu erreichen, das nahezu die Größe der Erde hat. Die VLBA-Teleskope erstrecken sich von Hawaii über die kontinentalen Vereinigten Staaten bis zur Jungferninsel St. Croix und erzeugen die Auflösung eines Teleskops mit einem Durchmesser von 8000 km. Während der VLBA eine extrem hohe Auflösung hat, benötigt er für solche Messungen extrem helle und sehr kompakte Funkquellen wie Masern (ein Maser ist das Mikrowellenäquivalent eines Lasers). Methanol ist neben Wasser das am weitesten verbreitete Masermolekül in Sternen. Regionen bilden. Die für das vorliegende Experiment verwendete Methanolspektrallinie wurde im Rahmen der Dissertation von Prof. Menten in den 1980er Jahren entdeckt. In Zusammenarbeit mit Dr. Reid führten sie 1988 die ersten VLBI-Beobachtungen von Methanolmastern durch. das Ziel war dann auch W3OH. „Schon damals haben wir von Beobachtungen wie dieser geträumt“, sagt Menten.

Tatsächlich wurden ähnliche VLBA-Beobachtungen auch an Wassermasern in W3OH gemacht. Diese Bemühungen, angeführt von Kazuya Hachisuka vom MPIfR, ergaben eine ähnliche Distanz wie die Methanol-Masers. "Eine großartige Bestätigung!" sagt Hachisuka. Zu seinem Team gehören auch Reid und Menten sowie eine Reihe japanischer Wissenschaftler.

Die Methanolbeobachtungen sind nur der Beginn eines sehr großen Projekts, das Reid und Menten initiiert haben. Es wird Entfernungen und Bewegungen von Methanolmastern in der gesamten Milchstraße bestimmen. Es wurde ein großer Block von VLBA-Beobachtungszeit gewährt. Zusätzlich zu den Bewegungen am Himmel ergeben diese Beobachtungen auch die Geschwindigkeit des Sterns zum oder vom Beobachter weg, indem die Doppler-Verschiebung der Methanollinien gemessen wird. Die resultierenden dreidimensionalen Bewegungen liefern einzigartige Einschränkungen nicht nur für die Rotation der Milchstraße, sondern auch für die Verteilung der unsichtbaren Dunklen Materie, von der postuliert wird, dass sie sie umgibt.

Während die Methode – einfache Trigonometrie – grundlegend klingt, erfordert die Umwandlung in praktische Ergebnisse ein umfassendes Verständnis der VLBA und aller Aspekte der Beobachtungen, einschließlich einer gründlichen Modellierung der Erdatmosphäre, die die einfallenden Radiowellen beeinflusst. Dr. Reid hat viele Jahre seines Lebens darauf verwendet, den Punkt zu erreichen, an dem Programme wie dieses durchgeführt werden können.

Im Laufe der Jahre wurde diese wirklich internationale Anstrengung durch einen Forschungspreis unterstützt, der Dr. Reid von der Alexander von Humboldt-Stiftung verliehen wurde. Die Zusammenarbeit mit dem Shanghai Observatory wird durch ein gemeinsames Programm der Max-Planck-Gesellschaft, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und des Besucherprogramms der Smithsonian Institution unterstützt.

Ursprüngliche Quelle: Max-Planck-Gesellschaft

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