Die Bewegung im Inneren von verschmelzenden Galaxien

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Ein Falschfarbenbild der verschmelzenden Galaxien UGC 9618. Astronomen haben untersucht, ob es möglich ist, Gasbewegungen im Inneren zu nutzen, um leuchtkräftige Galaxien im frühen Universum sogar dann im Zustand der Verschmelzung zu erkennen, wenn sie zu weit entfernt sind, um strukturelle Anzeichen für Verzerrungen zu sehen. NASA / Hubble

 

Die beispiellose Empfindlichkeit von Weltraumteleskopen hat während des vergangenen Jahrzehnts eine Revolution in unserem Verständnis von Galaxien im jungen Universum während der ersten Milliarde Jahre seiner Existenz ausgelöst. Diese primitiven Objekte sind so weit entfernt, daß ihr Licht bis zu uns seit mehr als neunzig Prozent des Alters vom Universum unterwegs war, und doch konnten sie mit Weltraumobservatorien entdeckt werden, da sie selber im Infraroten hell sind. Ihre Leuchtkraft ist mit ziemlicher Sicherheit das Ergebnis einer gewaltigen Menge neu entstandener Sterne, deren Licht den Staub erwärmt, der dann bei infraroten Wellenlängen strahlt.

Bringen ferne Galaxien, die Vorläufer unserer heutigen kosmischen Nachbarn, auf die gleiche Art Sterne hervor wie unsere Galaxis heute? Astronomen versuchen zu enträtseln, ob und wie sich Galaxien im frühen Universum von lokalen Galaxien unterscheiden. Im lokalen Universum sind Sternentstehungsausbrüche und intensive Infrarot-Strahlung oftmals das Ergebnis der Verschmelzung zweier Galaxien und Astronomen vermuten naturgemäß, daß bei entfernten, leuchtkräftigen Galaxien die Physik der Verschmelzungen ebenfalls eine Rolle spielt. Doch es gibt ein Problem: lokale Verschmelzungen sind leicht als solche zu erkennen, da die Morphologie der Galaxien verzerrte Strukturen, Gezeitenarme oder Materiebrücken, welche die beiden Galaxien verbinden, offenbart, doch entfernte Objekte sind viel zu weit weg, um diese physischen Gebilde auszumachen; und selbst diejenigen, welche etwas näher liegen, würden Merkmale aufweisen, die lichtschwach und kaum festzustellen sind.

Eine Kollision zwischen Galaxien sollte die jeweilige Scheibe der beteiligten Galaxien stören und die zugehörigen, systematischen Rotationsbewegungen durcheinanderbringen. Chao-Ling Hung und Howard Smith vom CfA untersuchten mit Kollegen, ob diese „kinematischen“ (bewegungsabhängigen) Effekte genutzt werden können, um entfernte Verschmelzungen zu erkennen und einzuordnen. Die Astronomen nahmen vierundzwanzig lokale, leuchtkräftige Verschmelzungen und verschlechterten künstlich deren Aufnahmen, um ihr Aussehen in großer Entfernung (d.h., im frühen Universum) zu simulieren. Sie ermittelten dann die Bewegungen im Inneren der verschmelzenden Systeme über den Doppler-Effekt in den Emissionslinien von atomarem Wasserstoff und Stickstoff. (Man erinnere sich, daß der Doppler-Effekt die sichtbare Verschiebung der Wellenlänge einer Spektrallinie auf Grund der Bewegung ist.) Sie kommen zu dem Schluß, daß in einigen besonderen Situationen (von der relativen Größe der verschmelzenden Galaxien und dem Stadium der Verschmelzung abhängig) die Bewegungen die Existenz einer Verschmelzung deutlich sichtbar werden läßt, aber bei einer großen Zahl an Fällen die Bewegung nicht ausreichend ist, um Verschmelzungen zu erkennen. Weitere Indikatoren für Verschmelzungen sind erforderlich, zum Beispiel die über Sterne oder molekulares Gas aufgespürten morphologischen Eigenschaften.

Literatur:
„Kinematic Classifications of Local Interacting Galaxies: Implications for the Merger/Disk Classifications at High-z“
Chao-Ling Hung, Jeffrey A. Rich, Tiantian Yuan, Kirsten L. Larson, Caitlin M. Casey, Howard A. Smith, D. B. Sanders, Lisa J. Kewley, and Christopher C. Hayward
The Astrophysical Journal, 803:62 (15pp), 2015 April 20