Die Bildung von Sternen in frühen Galaxien

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Ein Bild der geschäftig Sterne bildenden Galaxie M82 bei drei Wellenlängen: UV (blau), nahes Infrarot (grün) und fernes Infrarot (rot). Neuere Forschungen lassen den Schluß zu, daß sogar im frühen Universum Galaxien, die lebhaft Sterne bilden, dies auf die gleiche allgemeine Art und Weise wie heute machen, reguliert von der Menge an Gas und Staub, die sie enthalten. CfA und L. Lanz

 

Vor ungefähr zehn Milliarden Jahren, zumindest gemäß dem heutigen Bild, begann das junge Universum eine Fülle neuer Sterne hervorzubringen. Bereits nach nur ein paar 100 Millionen Jahren erschienen im jungen Kosmos die allerersten Sterne, aber diese waren anders als heutige Sterne. Damals enthielt das Weltall außer Wasserstoff (und etwas Helium) fast keine weiteren Elemente und daher bestanden diese ersten Sterne hauptsächlich aus Wasserstoff und waren sehr massereich. Als jedoch ein paar Milliarden Jahre vergangen waren, hatte diese erste Sterngeneration viele andere Elemente erzeugt, die das anfängliche Gas anreicherten. Diese Elemente könnten helfen, das Gas, während es verdichtet wird, zu kühlen und so die Schwerkraft, als sie Material zum Kollabieren brachte, dabei begünstigt haben, eine Vielzahl von neuen Sternen zu bilden, von denen viele der Sonne ähnlich waren. Nach ein paar Milliarden Jahren erreichten Galaxien ihre vollentwickelte Form und wurden von nahezu normalen Sternen bevölkert. Dann, aus Gründen, die nicht verstanden sind, begannen sie mit beispiellos hohen Raten Sterne zu erzeugen.

Astronomen, die sich entfernte Galaxien anschauen, stellen fest, daß diejenigen Galaxien, deren Licht zwischen neun und elf Milliarden Jahre zu uns unterwegs war, einen dramatischen Anstieg in der Sternentstehung zeigen, ein Wert, der etwa zehn Mal höher als das, was wir heute sehen. Den Beweis liefern die Leuchtkräfte dieser Galaxien und ultraviolette Strahlung in Fülle, beides Kennzeichen für neue Sterne. Diese verallgemeinerte Darstellung ist seit ungefähr zehn Jahren bekannt, aber es hat dazu immer Fragen gegeben, weil entfernte Galaxien lichtschwach und nur schwer zu beobachten sind. Durchlaufen vielleicht nur die ungewöhnlich hellsten Galaxien dieser Epoche solche Sternentstehungsausbrüche?

14 Astronomen, darunter Ho Seong Hwang vom SAO, wollten diese Frage beantworten. Zuerst mußten sie ein klares Verständnis davon haben, was Sternentstehung in Galaxien in erster Linie antreibt. Sie folgerten in ihrer vorausgehenden Untersuchung (in Übereinstimmung mit anderen Forschungsprogrammen), daß das Vorhandensein von großen Mengen an molekularem Gas in dichten Wolken der Schlüssel zur Steuerung der Sternentstehung in normalen Galaxien war. Doch ist es nicht immer so einfach, die Menge an molekularem Gas zu messen, insbesondere bei entfernteren Galaxien, da die Emission des Gases – die Millimeterstrahlung von Kohlenmonoxid dient als Materialprobe – schwach sein kann. Allerdings entdeckten die Wissenschaftler, daß die infrarote Strahlung von Staub, wie mit dem Herschel-Weltraum-Observatorium zu beobachten, hell ist – und ebenfalls ein guter Indikator für molekulares Gas.

In einer neuen Arbeit, erschienen im Astrophysical Journal #760, weiten die Wissenschaftler ihre Analyse auf Galaxien aus, die so weit entfernt sind, daß ihr Licht über zehn Milliarden Jahre zu uns unterwegs gewesen ist. Die Untersuchung von Infrarot-Beobachtungen dieser Galaxien zeigt, daß in nahezu allen Fällen ihre Strahlung die gleichen allgemeinen spektralen Eigenschaften aufweist – die einzige Korrektur ist für die Menge an Staub notwendig und nicht (zum Beispiel) an der Art, wie Sterne entstehen. Die Wissenschaftler zeigen zum ersten Mal, daß man mit der vom Staub abgegebenen infraroten Strahlung das Gas vorhersagen und daraus die Sternentstehungsaktivität abschätzen kann. Das entfernte Galaxien so leuchtkräftig sind, liegt folglich darin, daß ihnen viele Elemente fehlen und dadurch auch ihr Gas und Staub daran arm ist. Dieser Mangel führt zu einer intensiveren Strahlung durch die Sternentstehung.

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