Leuchtkräftige infrarote Galaxien

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Ein Falschfarbenbild wechselwirkender Galaxien. Diese Aufnahme besteht aus Infrarotbildern, entstanden mit IRAC (Kamera an Bord des Spitzer-Weltraum-Teleskops: rote Farbe) und Auf-nahmen im optischen Bereich mit dem Hubble-Weltraum-Teleskops (blaue/grüne Farbe). Diese beiden Galaxien begannen mit ihrem Zusammenstoß vor etwa 40 Millionen Jahren; während sie aneinander zerren, treibt das durcheinandergewirbelte Gas neue Sternentstehung an. Letztlich werden die Galaxien zu einer einzigen verschmelzen. Aufnahme mit freundlicher Genehmigung der NASA, Spitzer und Hubble

Unsere Galaxis, die Milchstraße, strahlt wie die meisten Galaxien hell im sichtbaren Licht, da ihre Sterne heiß sind und bei optischen Wellenlängen leuchten. Doch der Infrared Astronomy Satellite, IRAS, entdeckte vor zwanzig Jahren, daß das Universum viele sagenhaft leuchtkräftige Galaxien beheimatet – einige mehr als tausendfach heller wie unsere Galaxis – die praktisch bei optischen Wellenlängen unsichtbar sind. Der Grund liegt darin, daß ihr infrarotes Licht nicht von Sternen kommt, sondern von Staub, der vom Sternenlicht erwärmt wird (wenn auch nur auf etwa frostige 70 Kelvin, ungefähr 200 Grad unter null Grad Celsius). Bei diesen Temperaturen wird sehr wenig sichtbares Licht abgestrahlt, währenddessen der Staub den größten Anteil der sichtbaren stellaren Strahlung absorbiert. IRAS-Galaxien sind leuchtkräftig, da sie so viel Staub besitzen. Astronomen sind sich ziemlich sicher, daß die Energie, um den Staub auf diese Tempe-raturen zu erwärmen, aus gewaltigen Sternentstehungsausbrüchen stammt, die selbst wiederum im Sichtbaren durch den Staub verdeckt sind, aber sie wissen nicht, was diese Ausbrüche auslöst und ob unsere Milchstraße eines Tages auf ähnliche Art aufleuchten könnte.

Zwei Mechanismen sind als Auslöser gewaltiger Starbursts in Galaxien vorgeschlagen worden: Zusammenstöße mit einer anderen Galaxie und/oder Prozesse, die mit einem massereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Galaxie zusammenhängen. Allerdings sind die meisten leucht-kräftigen infraroten Galaxien so weit entfernt, daß Teleskope nicht in der Lage waren, einen der beiden Mechanismen auszuschließen oder genauer, wann ein Auslöser den anderen überwiegt. Die Astronomen Sukanya Chakrabarti, Thomas Cox, Lars Hernquist, Philip Hopkins und Brant Robertson, alle fünf am CfA, haben mit einem weiteren Kollegen ausführliche Simulationen sich gegenseitig beeinflussender Galaxien unter Verwendung eines Computerprogramms erstellt, daß sie über mehrere Jahre entwickelten. In einer neuen Arbeit, diesen Monat veröffentlicht, nutzen sie ihre Ergebnisse, um die Leuchtkraft dieser wechselwirkenden Systeme zu berechnen, um zu zeigen, wie sich diese Leuchtkraft mit der Zeit in einer alternden Galaxie entwickelt und um die jeweiligen Beiträge der Starburst- und Kernaktivität zur infraroten Emission zu bestimmen.

Ihre umfangreichen Berechnungen bieten überzeugende Antworten auf mehrere grundlegende Probleme an. Sie stellen im Gegensatz zur bisherigen Lehrmeinung fest, daß die kritischste Komponente in der Bestimmung von Temperatur und Leuchtkraft einer Galaxie nicht die Illumination durch die Quelle selbst ist (sei es ein Starburst oder der Kern). Stattdessen sind das Eindringen von Winden oder Jets in die Galaxie oder andere zerstörerische Aktivitäten durch den Starburst oder aus dem Kern verantwortlich, denn diese Rückkopplung regt das Gas in der Galaxie an, mehr Sterne zu erzeugen. Sie finden darüber hinaus auch, daß der Kern mit einem Schwarzen Loch wärmeren Staub hervorbringt, da der Kern dazu neigt, seine Energie über viel kürzere Zeiträume abzugeben (einige zehn Millionen Jahre gegenüber Hunderte von Millionen Jahren bei den Starbursts). Die neuen Ergebnisse werfen nicht nur ein beredtes Licht auf diese kosmischen Leuchtfeuer, sie zeigen auch die weitergehende leistungsfähige Verwendung von Computersimulationen bei der Untersuchung der Galaxienentstehung und Galaxienalterung.

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