Sterne: Die ersten drei Milliarden Jahre

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Hubble-Aufnahme ferner Galaxien im südlichen GOODS-Feld. Astronomen haben die Galaxien in diesem Feld untersucht, um zu bestimmen, wie schnell sich Sterne eine Milliarde Jahre nach dem Urknall und später bildeten. Sie fanden, daß die Sternentstehungsrate vor zehn Milliarden Jahren pro Jahr und Einheitsvolumen um etwa das zehnfache höher lag als heute. NASA / HAST / GOODS Team

 

Im letzten Jahrzehnt hat die bisher beispiellose Empfindlichkeit astronomischer Beobachtungen eine Revolution in unserem Verständnis über Galaxien im jungen Universum ausgelöst. Es ist jetzt möglich, direkt die Mechanismen und Abläufe zu untersuchen, welche die breit gefächerte Palette an Galaxien formten, die wir heute im lokalen Universum finden. Die Ergebnisse geben uns nicht nur einen Blick auf die Vorgänge der Galaxienbildung, sie helfen auch, die Rolle dieser ersten Galaxien zu verstehen, die sie im Kosmos spielten: im Speziellen ionisierte ultraviolettes Licht heißer, junger Sterne das intergalaktische Medium, in dem neutrale Atome vorkamen, seit diese sich in einer früheren Epoche, die auch die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung erzeugte, bildeten.

Eine der zentralen Fragen in der Kosmologie ist die stellare Zusammensetzung junger Galaxien, die sich etwa zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall bildeten. Durchmusterungen ergeben, daß ein beträchtlicher Anteil zur Reionisierung nicht von Quellen gekommen sein kann, die sichtbar sind, aber von lichtschwachen Galaxien unterhalb der heutigen Nachweisgrenze. Obwohl lichtschwach, tragen diese Galaxien und ihre Sterne zum Gesamtwachstum der Sternpopulation im Kosmos bei. Erfolgreiche Modelle zur Entwicklung von Galaxien müssen alle Quellen der Sternentstehung einbeziehen.

Die Sternmassen von Galaxien bei kosmischen Entfernungen sind schwierig zu bestimmen. Ein Astronomenteam, dem auch Matt Ashby vom CfA angehörte, beobachtete mit dem Hubble- und Spitzer-Weltraum-Teleskop in einer Himmelsdurchmusterung über 30.000 Galaxien, wobei sie gezielt Objekte im frühen Universum ins Auge fassten. Sie untersuchten die ersten Milliarden Jahre des Universums, um schon zu einer Zeit von rund 800 Millionen Jahre nach dem Urknall die Verteilung von Sternmassen und die Sternentstehungsraten in Galaxien zu bestimmen. Mit beeindruckendem Beobachtungsgeschick und analytischem Verständnis verbesserte die Gruppe ältere Messungen und fand (neben anderem), daß die Sternentstehungsrate pro Raumvolumen etwa 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall seinen Höhepunkt erreichte, dann zurückging und, als das Universum expandierte und alterte, die Sternentstehungsrate pro Einheit an verfügbarer Masse ebenso stetig abnahm.

Literatur:
„The Mass Evolution of the First Galaxies: Stellar Mass Functions and Star Formation Rates at 4 < z < 7 in the CANDELS GOODS-South Field“
K. Duncan, C. J. Conselice, A. Mortlock, W. G. Hartley, Y. Guo, H. C. Ferguson, R. Dave, Y. Lu, J. Ownsworth, M. L. N. Ashby, A. Dekel, M. Dickinson, S. Faber, M. Giavalisco, N. Grogin, D. Kocevski, A. Koekemoer, R. S. Somerville, and C. E. White
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 444, 2960–2984, 2014