The Interstellar Medium and Star Formation in the Galactic Center

  • Team

  • Prof. Karl Menten (PI, MPIfR)
  • Dr. Robert Simon (PI, PH1)
  • Dr. Denise Riquelme (MPIfR)
  • Dr. Christian Henkel (MPIfR)
  • Dr. Pablo Garcia (CASSACA, Chile)
  • Dr. Rolf Güsten (MPIfR)
  • Dr. Ronan Higgins (PH1)
  • Prof. Jürgen Stutzki (PH1)
  • Dr. Helmut Wiesemeyer (MPIfR)
  • Arshia Maria Jacob (MPIfR)
  • Martin Steinke (PH1)

Überblick

„Die Bedingungen im Zentrum unserer Milchstraße sind sehr extrem. Es gibt dort sehr hohe Strahlung, sehr dichte Wolken, viele exotische Moleküle und viele junge, massive Sterne (A4, A6).“

Im Zentrum unserer Milchstraße herrschen extreme Bedingungen: Molekülwolken befinden sich in heftiger Bewegung unter dem Einfluss von Gezeitenkräften und Turbulenzen, eingebettet in starke Magnetfelder und intensive Strahlungsfelder (C1). Etwa 10% des gesamten molekularen Gases der Milchstraße befinden sich in der sogenannten „zentralen molekularen Zone“, die in ihrem Volumen nur einen sehr kleinen Bereich der gesamten Milchstraße ausmacht. Diese besonderen Bedingungen führen dazu, dass im Galaktischen Zentrum besonders viele neue Sterne entstehen und Sternentstehung in verschiedenen Entwicklungsstufen beobachtbar ist.

Der Erforschung des Zentrums unserer Milchstraße kommt eine besondere Rolle zu, denn indem die Bedingungen von Sternentstehung in galaktischen Kernen anhand unserer Milchstraße studiert werden, kann das erworbene Wissen auch in der Interpretation von Beobachtungen anderer Galaxienkerne (A1, A2, A3) genutzt werden. Damit dieses Wissen möglichst vollständig ist, ist es notwendig, große Bereiche des Galaktischen Zentrums in den wichtigsten Emissionslinien des interstellaren Mediums zu beobachten und daraus die physikalischen Bedingungen wie Temperatur, Dichte und chemische Zusammensetzung abzuleiten. Die Durchführung entsprechender Beobachtungen und deren Analyse hat sich Projekt A5 zum Ziel gesetzt.

Die großräumige Beobachtung des Galaktischen Zentrums wird mit den in der Chilenischen Atacamawüste beheimateten NANTEN2 und APEX Teleskopen durchgeführt. Daneben kommt das Australische MOPRA Teleskop zum Einsatz. Linien, die aufgrund der störenden Wirkung der Erdatmosphäre nicht von der Erde aus beobachtet werden können, wurden und werden mit dem Herschel Satelliten und dem Stratosphären Observatorium SOFIA detektiert. Das Galaktische Zentrum mit seiner "Central Molecular Zone" wird auch ein dediziertes Ziel für großräumige Kartierungen mit dem CHAI Instrument am CCAT-prime Observatorium sein.

Entsprechende Linienbeobachtungen können unter anderem als eine Art Thermometer für die beobachteten Regionen genutzt werden. „Das ist eins der interessantesten Ergebnisse, die wir bisher schon machen konnten, dass wir ein spezielles Molekül als Thermometer benutzt haben um die Temperatur in einem großen Bereich im Zentrum unserer Milchstraße zu messen“, berichtet Robert Simon. Informationen über Temperaturen und Dichten werden beispielsweise benötigt, um eine weitere Besonderheit des Galaktischen Zentrums zu verstehen: seine charakteristische Chemie (B2, B3), die so reichhaltig und komplex ist, wie man es ansonsten nur selten in unserer Galaxie findet. „Wann immer man ein neues Instrument an einem neuen Observatorium hat und sich zum ersten Mal eine Region wie das Galaktische Zentrum ansieht, wird man immer wieder etwas finden, was man vorher noch nicht gesehen hat oder womit man nicht gerechnet hat. Genau das haben wir im Laufe der letzten drei Jahre auch tatsächlich erfahren können“, so Simon.

Das Galaktische Zentrum sorgt als extremes Versuchslabor galaktischer Sternentstehung dafür, dass unser Verständnis der Bedingungen für die Entstehung von Sternen immer weiter verfeinert und auf die Probe gestellt wird. Die Beobachtungen, die innerhalb des Projektes A5 bereits durchgeführt wurden, konnten hier schon einen wichtigen Beitrag leisten. Gemäß Robert Simon ist das Projekt der Erforschung des Zentrums der Milchstraße trotzdem noch lange nicht an einem Ende angelangt: „Was das Zentrum unserer Milchstraße angeht, gibt es natürlich jede Menge offener Fragen. Wie wird es sich entwickeln? Warum entstehen genau so viele Sterne dort und welchen Einfluss haben sie auf ihre Umgebung? Das Galaktische Zentrum ist im Vergleich zu anderen Galaxien nicht ganz so aktiv. Es kann sein, dass das nur eine zeitweise Inaktivität ist, es kann aber auch einfach an den Bedingungen dort liegen. Und genau das versuchen wir zu untersuchen.“

Ausgewählte Publikationen


In 2018
D. Riquelme, A. Amo-Baladron, J. Martin-Pintado, R. Mauersberger, S. Martin, M. Burton, M. P. Jones, K. M. Menten, L. Bronfman, and R. Güsten, “The foot points of the Giant Molecular Loops in the Galactic center region”, A&A, in press, ArXiv:1710.09613 (2018)

D. Riquelme, L. Bronfman, R. Mauersberger, R. Finger, C. Henkel, T. L. Wilson, and P. Cortés-Zuleta, “The diffuse molecular component in the nuclear bulge of the Milky Way”, A&A 610, A43 (2018)

In 2017
J. Kauffmann, T. Pillai, Q. Zhang, K. M. Menten, P. F. Goldsmith, X. Lu, and A. E. Guzmán, “The Galactic Center Molecular Cloud Survey. I. A steep linewidth-size relation and suppression of star formation”, A&A 603, A89 (2017)J.

Kauffmann, T. Pillai, Q. Zhang, K. M. Menten, P. F. Goldsmith, X. Lu, A. E. Guzmán, and A. Schmiedeke, “The Galactic Center Molecular Cloud Survey. II. A lack of dense gas and cloud evolution along Galactic center orbits”, A&A 603, A90 (2017)

In 2016
P. García, R. Simon, J. Stutzki, R. Güsten, M. A. Requena-Torres, and R. Higgins, “Warm ISM in the Sagittarius A Complex. I. Mid-J CO, atomic carbon, ionized atomic carbon, and ionized nitrogen sub-mm/FIR line observations with the Herschel-HIFI and NANTEN2/SMART telescopes”, A&A 588 , A131 (2016)

A. Ginsburg, C. Henkel, Y. Ao, D. Riquelme, J. Kauffmann, T. Pillai, E. A. C. Mills, M. A. Requena-Torres, K. Immer, L. Testi, J. Ott, J. Bally, C. Battersby, J. Darling, S. Aalto, T. Stanke, S. Kendrew, J. M. D. Kruijssen, S. Longmore, J. Dale, R. Güsten, and K. M. Menten, “Dense gas in the Galactic central molecular zone is warm and heated by turbulence”, A&A 586, A50 (2016)

K. Immer, J. Kauffmann, T. Pillai, A. Ginsburg, and K. M. Menten, “Temperature structures in Galactic center clouds. Direct evidence for gas heating via turbulence”, A&A 595, A94 (2016)

In 2015
A. Ginsburg, A. Walsh, C. Henkel, P. A. Jones, M. Cunningham, J. Kauffmann, T. Pillai, E. A. C. Mills, J. Ott, J. M. D. Kruijssen, K. M. Menten, C. Battersby, J. Rathborne, Y. Contreras, S. Longmore, D. Walker, J. Dawson, and J. A. P. Lopez, “High-mass star-forming cloud G0.38+0.04 in the Galactic center dust ridge contains H2CO and SiO masers”, A&A 584, L7 (2015)

N. Harada, D. Riquelme, S. Viti, I. Jiménez-Serra, M. A. Requena-Torres, K. M. Menten, S. Martín, R. Aladro, J. Martin-Pintado, and S. Hochgürtel, “Chemical features in the circumnuclear disk of the Galactic center”, A&A 584, A102 (2015)

J. S. Zhang, L. L. Sun, D. Riquelme, C. Henkel, D. R. Lu, Y. Zhang, J. Z. Wang, M. Wang, and J. Li, “Isotopic Ratios of 18O/17O in the Galactic Central Region”, ApJS 219, 28 (2015)

In 2014
 

In 2013

Belloche, A.; Müller, H. S. P.; Menten, K. M.; Schilke, P.; Comito, C., Complex organic molecules in the interstellar medium: IRAM 30 m line survey of Sagittarius B2(N) and (M), 2013, A&A 559, 47

Ao, Y.; Henkel, C.; Menten, K. M.; Requena-Torres, M. A.; Stanke, T.; Mauersberger, R.; Aalto, S.; Mühle, S.; Mangum, J., The thermal state of molecular clouds in the Galactic center: evidence for non-photon-driven heating, 2013, A&A 550, 135

In 2012
Immer, K.; Menten, K. M.; Schuller, F.; Lis, D. C., A multi-wavelength view of the Galactic center dust ridge reveals little star formation, 2012, A&A 548, 120

Ordu, M. H.; Müller, H. S. P.; Walters, A.; Nuñez, M.; Lewen, F.; Belloche, A.; Menten, K. M.; Schlemmer, S., The quest for complex molecules in space: laboratory spectroscopy of n-butyl cyanide, n-C4H9CN, in the millimeter wave region and its astronomical search in Sagittarius B2(N), 2012, A&A 541, 121

Jones, P. A.; Burton, M. G.; Cunningham, M. R.; Requena-Torres, M. A.; Menten, K. M.; Schilke, P.; Belloche, A.; Leurini, S.; Martín-Pintado, J.; Ott, J.; Walsh, A. J., Spectral imaging of the Central Molecular Zone in multiple 3-mm molecular lines, 2012, MNRAS 419, 2961

Immer, K.; Schuller, F.; Omont, A.; Menten, K. M., Recent star formation in the inner Galactic bulge seen by ISOGAL. II. The central molecular zone, 2012, A&A 537, 121

Requena-Torres, M. A.; Güsten, R.; Weiß, A.; Harris, A. I.; Martín-Pintado, J.; Stutzki, J.; Klein, B.; Heyminck, S.; Risacher, C., GREAT confirms transient nature of the circum-nuclear disk, 2012, A&A 542, 21

In 2010
Brünken, S.; Belloche, A.; Martín, S.; Verheyen, L.; Menten, K. M., Interstellar HOCN in the Galactic center region, 2010, A&A 516, 109

Non-Refereed
Garcia, P.; Simon, R.; Stutzki, J.; Requena-Torres, M.; Güsten, R.; et al., The Warm ISM in the Sgr A Region: Mid-J CO, Atomic Carbon, Ionized Atomic Carbon, and Ionized Nitrogen Line Observations with the HERSCHEL/HIFI and NANTEN2/SMART Telescopes, 2014, Proceedings IAU Symposium No. 303 “The Galactic Center: Feeding and feedback in a normal galactic nucleus”

Harada, N, Riquelme, D., Viti, S., Menten, K., et al., Molecules in the Circumnuclear Disk of the Galactic Center., IAU Symp. 303, 2013, in press; arXiv1312.1905