Sternentstehung in fernen Galaxiencluster

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Der Galaxiencluster Abell 1689 aus Sicht von Hubble. Die Masse in dem Cluster wirkt wie eine Gravitationslinse und verformt das Licht von Hintergrundgalaxien zu bläulichen Lichtbögen. Abell 1689 ist ziemlich nah, doch haben Astronomen jetzt Cluster im frühen Universum durch ihre Linsenwirkung auf noch entferntere, leuchtkräftige Galaxien entdeckt und die ablaufende Sternentstehung in deren äußeren Bereichen untersucht.
NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (Racah Institute of Physics / The Hebrew University),
H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI), G. Hartig (STScI),
G. Illingworth (UCO / Lick Observatory), the ACS Science Team und ESA

 

Die ersten Sterne erschienen etwa einhundert Millionen Jahre nach dem Urknall und seit dieser Zeit erhellen Sterne und Sternentstehungsprozesse das Universum, bringen schwere Elemente, Planeten, Schwarze Löcher hervor und möglicherweise all die anderen interessanten Strukturen im heutigen Universum. Als das Universum ungefähr drei Milliarden Jahre alt war (heute ist es 13.8 Milliarden Jahre alt), gipfelte die Sternentstehungsaktivität in einer Rate, die etwa zehnmal über dem heutigen Wert lag. Warum dies geschah und ob die damaligen physikalischen Prozesse von den heutigen verschieden oder nur aktiver (und warum) waren, gehört zu den dringendsten Fragen in der Astronomie und bildet den Antrieb zum Bau zukünftiger Einrichtungen, die von großen erdgebundenen Teleskopen bis zum James-Webb-Weltraumteleskop der NASA reichen.

Das lokale Umfeld einer Galaxie spielt beim Einstellen ihrer Sternentstehungsrate eine wichtige Rolle. Untersuchungen im lokalen Universum haben gezeigt, daß beispielsweise in einem dichten Umfeld eines Galaxienclusters (ein Cluster kann tausend und mehr Galaxien beherbergen) die Sternentstehung unterdrückt ist; dies ist mit der Vorstellung vereinbar, daß Wechselwirkungen und andere Mechanismen das Rohmaterial (das neutrale Gas) für neue Sterne erodieren und in die intergalaktische Umwelt tragen. Aber für das ferne Universum ist das Bild undeutlicher und einige Studien haben sogar das genaue Gegenteil gefunden und dies erklärt vielleicht zum Teil die damaligen höheren Sternentstehungsraten. Obwohl für Untersuchungen einzelner Galaxien im frühen Universum Fortschritte zu verzeichnen sind, ist es nichts außergewöhnliches, da diese Galaxien extrem aktiv und leuchtkräftig sind. Auch ein Galaxiencluster könnte dagegen die eine oder andere helle Galaxie beheimaten, aber die meisten Mitglieder sind unauffällig, lichtschwach und schwierig zu untersuchen. Genau genommen sind Cluster im Normalfall sogar schwer zu erkennen.

Die CfA-Astronomen Matt Ashby, Brian Stalder, Tony Stark und ihr Kollegenteam haben die Sternentstehung in sehr dichten Galaxienclustern im frühen Universum, etwa sechs Milliarden Jahre nach dem Urknall, mit dem Ziel untersucht, die Frage der Sternentstehung im Umfeld von Clustern zu klären. Sie begannen in der früheren, drei Milliarden Jahre alten Epoche (oder noch jünger) mit einer Stichprobe von ultraleuchtkräftigen Galaxien, die mit dem Südpol-Teleskop entdeckt wurden. Diese ferneren Galaxien wurden zum Teil entdeckt, da ihr Licht durch näher gelegene Cluster gravitativ gebündelt worden ist; erst dadurch konnte die Gruppe diese Cluster orten. Mit dem Wissen, wohin man schauen muß, nutzten die Wissenschaftler Infrarotdaten der Weltraum-Teleskope Herschel sowie Planck (und andere), um die schwachen Infrarotsignale der Cluster eingehend zu untersuchen. Dieses Licht stammt vermutlich vom Sternentstehungsprozeß und erlaubt den Forschern, Aktivitätsniveau und Eigenschaften zu bestimmen. Ihre wesentliche Entdeckung besteht darin, daß die Sternentstehungsaktivität in diesen Clustern augenscheinlich verstärkt und nicht unterdrückt ist; es entstehen in diesen Clustern pro Jahr bis zu mehrere Tausend neue Sterne über das für diese Galaxiengruppe normale Maß hinaus. Sie finden ferner, daß Sternentstehung bis an die Ränder der Cluster, unter Umständen in einem Umkreis von 15 Millionen Lichtjahren, abläuft und daß der Einfluß dieser schwachen infraroten Strahlung bei Untersuchungen zur Herkunft des kosmischen Hintergrunds mitberücksichtigt werden muß.

Literatur:
„Probing star formation in the dense environments of z ∼ 1 lensing haloes aligned with dusty star-forming galaxies detected with the South Pole Telescope“
N. Welikala, M. Bethermin, D. Guery, M. Strandet, K. A. Aird, M. Aravena, M. L. N. Ashby, M. Bothwell, A. Beelen, L. E. Bleem, C. de Breuck, M. Brodwin, J. E. Carlstrom, S. C. Chapman, T. M. Crawford, H. Dole, O. Dore, W. Everett, I. Flores-Cacho, A. H. Gonzalez, J. González-Nuevo, T. R. Greve, B. Gullberg, Y. D. Hezaveh, G. P. Holder, W. L. Holzapfel, R. Keisler, G. Lagache, J. Ma, M. Malkan, D. P. Marrone, L. M. Mocanu, L. Montier, E. J. Murphy, N. P. H. Nesvadba, A. Omont, E. Pointecouteau, J. L. Puget, C. L. Reichardt, K. M. Rotermund, D. Scott, P. Serra, J. S. Spilker, B. Stalder, A. A. Stark, K. Story, K. Vanderlinde, J. D. Vieira, and A. Weiß
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 455, 1629–1646 (2016)