Röntgenkarte enthüllt interstellaren ‚Tunnel‘

Röntgenkarte enthüllt interstellaren „Tunnel“ in unserer Nachbarschaft

Am 29. Oktober 2024 veröffentlichte ein Team unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik eine detaillierte Röntgenstudie, die die unmittelbare galaktische Umgebung um die Sonne neu zeichnet. Unter Verwendung des ersten All-Sky-Durchgangs des SRG/eROSITA-Teleskops erstellten die Autoren ein dreidimensionales Modell der Lokalen Heißen Blase (LHB) und identifizierten schmale Korridore aus Millionen Grad heißem Plasma mit geringer Dichte – im Paper als „Tunnel“ beschrieben – einschließlich eines markanten Kanals, der in Richtung des Sternbilds Centaurus weist. Das Ergebnis ist keine Science-Fiction-Abkürzung, sondern eine klarere, höher auflösende Sicht darauf, wie Supernovae und Sternwinde Hohlräume ausgehöhlt und über Hunderte von Lichtjahren hinweg miteinander verbunden haben.

Kartierung der Lokalen Heißen Blase

Die Lokale Heiße Blase ist die Region aus dünnem, röntgenstrahlendem Gas, die das Sonnensystem umgibt. Sie wurde in den 1970er Jahren vorgeschlagen, um ein weiches Röntgenleuchten zu erklären, das am gesamten Himmel detektiert wurde: Die Idee ist, dass uralte Supernova-Explosionen und gewaltige Sternwinde das nahegelegene interstellare Medium evakuiert und aufgeheizt haben, wodurch ein Hohlraum mit einem Durchmesser von zehn bis zu einigen hundert Parsec entstand. Die neue Studie nutzt die Empfindlichkeit von eROSITA für weiche Röntgenstrahlung und den Standort der Mission am Sonne-Erde-Lagrange-Punkt L2, um eine räumlich aufgelöste Karte des Emissionsmaßes und der Temperatur der Blase zu erstellen. Dieser Datensatz ermöglicht es dem Team, das Signal des heißen Plasmas von Vordergrundstörungen zu trennen und ein 3D-Modell der Form und internen Struktur der Blase zu erstellen.

Entscheidend ist, dass eROSITA den Himmel von außerhalb der Exosphäre der Erde beobachtet und seine erste vollständige Himmelsdurchmusterung nahe dem solaren Minimum abgeschlossen hat – Bedingungen, die die Kontamination durch den Sonnenwind-Ladungsaustausch reduzieren und die Interpretation des weichen Röntgenhintergrunds erleichtern. Diese sauberere Sicht erlaubte es den Autoren, Feinstrukturen innerhalb der LHB zu identifizieren, die frühere Durchmusterungen nur erahnen ließen.

Wenn das Paper von einem „interstellaren Tunnel“ spricht, ist damit kein physischer Durchgang gemeint, der Raumschiffe oder Signale mit Überlichtgeschwindigkeit befördern könnte. Stattdessen beschreibt der Begriff eine schmale Region, in der kühleres, dichteres interstellares Material fehlt und durch heißeres Plasma geringerer Dichte ersetzt wurde. In den Röntgenkarten erscheinen diese Regionen als zusammenhängende Kanäle mit erhöhtem Emissionsmaß und höherer Temperatur. Ein solches Merkmal liegt bei den Koordinaten von etwa (l, b) ≈ (315°, 25°) am Himmel und weist in Richtung Centaurus; ein weiterer stimmt mit dem bereits bekannten β-Canis-Majoris-Tunnel überein. Diese Kanäle sind am besten als Fingerabdrücke vergangener energetischer Ereignisse zu interpretieren – Supernovae, kollektive Winde von Sternhaufen oder Ausbrüche aus benachbarten Superblasen –, die Löcher in die kälteren Phasen des interstellaren Mediums geschlagen haben.

Wie diese Strukturen entstehen und sich entwickeln

Stellare Rückkopplung formt das interstellare Medium. Wenn massive Sterne das Ende ihres Lebens erreichen, explodieren sie als Supernovae und setzen enorme kinetische Energie frei, die das umgebende Gas in expandierende Schalen mitreißt und das Innere leert. Wenn mehrere Explosionen in einer Region auftreten oder wenn Winde aus jungen, massiven Sternhaufen zusammenwirken, können die evakuierten Volumina zu Superblasen von Hunderten von Lichtjahren Durchmesser anwachsen. Im Laufe der Zeit erzeugen überlappende Blasen, asymmetrische Explosionen und Dichtegradienten im umgebenden Medium Kanäle und Ausbrüche, über die heißes Gas Wege zum Entweichen findet. Die eROSITA-Karte fügt eine neue Beobachtungsebene hinzu, indem sie zeigt, dass einige dieser Pfade verhältnismäßig schmal, zusammenhängend und weitreichend sind.

Da die kartierten Tunnel mit Plasma bei Temperaturen in der Größenordnung von 10⁶ K gefüllt sind, leuchten sie hell im Bereich der weichen Röntgenstrahlung, sind aber bei optischen Wellenlängen nahezu unsichtbar; umgekehrt sind Staub- und Kaltgaskarten sowie Absorptionslinien-Datensätze entscheidend, um festzustellen, wo das heiße Gas kältere Komponenten verdrängt hat. Die Autoren des Papers kombinierten ihre eROSITA-Röntgenanalyse mit bestehenden 3D-Staubkarten und Katalogen von Supernova-Überresten und Superblasen, um die Merkmale in einen breiteren strukturellen Kontext einzuordnen.

Warum dies für die Astronomie und das Sonnensystem wichtig ist

Erstens verfeinert die Karte unser Bild der unmittelbaren galaktischen Nachbarschaft. Die Kenntnis der Geometrie und des Drucks der LHB beeinflusst Modelle des Transports kosmischer Strahlung, das Eindringen von interstellarem Gas in die Heliosphäre und die Interpretation diffuser Röntgen- und Ultraviolett-Hintergründe. Zweitens stützt die Entdeckung der Verbindungskanäle ein älteres theoretisches Bild, wonach das interstellare Medium kein homogener Nebel ist, sondern ein schaumiges Netzwerk aus Blasen, die durch Tunnel und Kamine verbunden sind, welche heißes Gas zwischen verschiedenen Skalen transportieren. Die eROSITA-Ergebnisse verleihen diesem Bild empirisches Gewicht, indem sie zuvor verschwommene Strukturen auflösen und Temperaturschwankungen innerhalb der Blase quantifizieren.

Schließlich hilft eine klarere Karte bei der Planung von Folgebeobachtungen. Gezielte Entfernungsmessungen – zum Beispiel durch Absorptionslinien vor Hintergrundsternen oder durch parallaxenkalibrierte Staubkarten – werden bestimmen, ob ein bestimmtes Röntgenmerkmal nur einige zehn Parsec entfernt liegt oder Teil einer ferneren Superblase ist. Dies ist unerlässlich, um zu entscheiden, ob ein Kanal ein lokaler Korridor oder eine zufällige Anordnung nicht zusammenhängender ferner Strukturen ist. Die Autoren selbst markieren die Centaurus-Region als ein Gebiet, das dedizierte Spektral- und Entfernungsanalysen benötigt, um überlappende Emissionen zu entwirren.

Trennung von Schlagzeilen und Physik

Die populärwissenschaftliche Berichterstattung über das Paper verwendete teils anschauliche Metaphern – „Tunnel“ oder gar „interstellarer Highway“ – was zu spekulativen Sprüngen über interstellare Reisen oder Wurmlöcher einlud. Diese Ideen werden durch die Beobachtungen nicht gestützt. Durchquerbare Wurmlöcher bleiben spekulative theoretische Konstrukte, die eine exotische Physik erfordern, für die es in den Röntgenkarten keine Anhaltspunkte gibt; die eROSITA-Tunnel sind makroskopische, thermische Merkmale des interstellaren Mediums, die durch gewöhnliche astrophysikalische Prozesse entstanden sind. Eine verantwortungsvolle Berichterstattung muss daher die metaphorische Sprache klar von der Physik trennen.

Wie es weitergeht

Quellen

• Astronomy & Astrophysics (Yeung et al., "The SRG/eROSITA diffuse soft X‑ray background — I. The local hot bubble in the western Galactic hemisphere").
• Pressematerialien des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) zur eROSITA LHB-Studie.
• SRG/eROSITA-Missionsdokumentation und Instrumenten-Paper.