Sternbildung, als das Universum halb so alt wie heute war (Originalartikel vom 18.01.2019)

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

(Originalartikel unter www.cfa.harvard.edu)

Das Hubble Ultra Deep Field. Eine neue Untersuchung der Sternbildungsaktivität in 179 der in diesem Bild sichtbaren Galaxien, wovon viele aus der Zeit von vor etwa sechs Milliarden Jahren stammen, bestätigt ein früheres, rätselhaftes Ergebnis: Galaxien geringerer Masse neigen dazu, Sterne mit einer Geschwindigkeit hervorzubringen, die etwas langsamer ist als erwartet.
NASA, ESA, and S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team

Das Universum ist ungefähr 13.8 Milliarden Jahre alt und seine Sterne sind möglicherweise seine folgenreichste Tat. Astronomen, die die Feinheiten der Sternentstehung über die kosmische Zeit hinweg untersuchen, versuchen zu verstehen, ob Sterne und die Abläufe, die zu diesen führten, die gleichen waren, als das Universum jünger war, etwa die Hälfte seines heutigen Alters. Die Forscher wissen bereits, daß in der Zeit von drei bis sechs Milliarden Jahren nach dem Urknall Sterne mit einer Geschwindigkeit entstanden, die nahezu zehn Mal schneller war als heute. Wie dies ablief, und warum, zählt zu den wichtigsten Fragen im nächsten Jahrzehnt der Forschung.

Sternentstehung in einer Galaxie soll durch die Akkretion von Gas aus dem intergalaktischen Medium ausgelöst werden (Gasakkretion durch Verschmelzung von Galaxien spielt vermutlich nur eine geringe Rolle für die Gesamtzahl produzierter Sterne). In Galaxien, die lebhaft Sterne hervorbringen, gibt es eine strenge Beziehung zwischen ihrer Masse in Form von Sternen und ihrer Bildungsrate an neuen Sternen und diese Beziehung gilt näherungsweise nicht nur lokal, sondern sogar zurück, als das Universum Milliarden Jahre jünger war. Galaxien hingegen, die einen lebhaften Sternentstehungsausbruch durchlaufen – oder das Gegenteil, die Sternbildung wird unterdrückt – liegen ober- beziehungsweise unterhalb dieser Beziehung. Dieser Zusammen-hang stützt das allgemeine Bild vom Galaxienwachstum durch Gasakkretion, nur das aus irgend einem Grund kleinere Galaxien – solche mit weniger als ungefähr zehn Milliarden Sterne – geringfügig weniger Sterne zu bilden scheinen als für ihre Massen erwartet (die Milchstraße befindet sich mit ungefähr zehn Milliarden Sternen und der Bildung von etwa einem neuen Stern pro Jahr genau am Umschlagspunkt). Eine besonders wichtige Auswirkung dieser geringeren Sternbildung, wenn real, ist, daß Simulationen des Galaxienwachstums dies Defizit nicht zeigen, mit der Folge, daß die Simulationen für kleinere Galaxien nicht richtig sind und daß irgendeine physikalische Betrachtung fehlt.

CfA-Astronom Sandro Tacchella ist Mitglied eines Teams, das mit dem Multi Unit Spectroscopic Explorer am Very Large Telescope optische Spektren von Galaxien des berühmten Hubble Deep Field South gewonnen hat. Sie haben Emissionslinien von Sternen bei 179 entfernten Galaxien in diesem Feld gemessen und diese genutzt, um das Sternbildungsverhalten nach Korrekturen von Auswirkungen wie Staubextinktion (die einige der optischen Linien schwächer erscheinen lassen kann als dies in Wirklichkeit der Fall ist) zu berechnen. Sie haben festgestellt, daß das Rätsel um erniedrigte Sternbildung in kleinen Galaxien in einer Größenordnung von ungefähr 5% real ist, selbst wenn man in die Berechnung Rauschen und Streuung der Daten, die zum Beispiel durch Entwicklungseffekte der Galaxien verursacht werden, einbezieht. Die Autoren deuten an, daß irgendeine Art von zuvor nicht berücksichtigter Rückkopplung für die erniedrigte Sternbildung verantwortlich sein könnte.

Literatur:

„The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey XI. Constraining the low-mass end of the stellar mass – star formation rate relation at z < 1“

Leindert A. Boogaard, Jarle Brinchmann, Nicolas Bouché, Mieke Paalvast, Roland Bacon, Rychard J. Bouwens, Thierry, Madusha L. P. Gunawardhana, Hanae Inami, Rafaella A., Michael V. Maseda, Peter Mitchell, Themiya Nanayakkara, Johan Richard, Joop Schaye, Corentin Schreiber, Sandro Tacchella, Lutz Wisotzki, and Johannes Zabl

Astronomy & Astrophysics 619, A27 2018

oder

arXiv:1808.04900v1

[astro-ph.GA]

14 Aug 2018