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GALAXIEN
Astronomen beobachten Gasrecycling
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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15. März 2012

Woher stammt das Rohmaterial, das nötig ist, um die beobachtete Rate an Sternentstehung in vielen Galaxien zu erklären? Astronomen vermuten, dass es einen gigantischen Recycling-Kreislauf gibt, der es erlaubt, einmal aus einer Galaxie ausgestoßenes Gas wiederzuverwenden. Jetzt entdeckte ein Forscherteam auch in entfernten Galaxien Hinweise darauf, dass diese Theorie stimmen könnten.

Galaxien

Bilder der sechs Galaxien, bei denen Rückflüsse gemessen wurden, aufgenommen mit der Advanced Camera for Surveys des Hubble-Weltraumteleskops. Bild: K. Rubin, MPIA  [Großansicht]

Sternentstehungsgebiete, etwa der Orionnebel, gehören zu den schönsten astronomischen Beobachtungsobjekten. Abschätzungen zufolge wird in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, pro Jahr rund eine Sonnenmasse an Gas in neue Sterne umgesetzt. Verschafft man sich allerdings einen Überblick über das verfügbare Rohmaterial, also Wolken aus Gas und Staub, dann zeigt sich, dass unsere Galaxie ihre Stern-Produktionsrate aus diesem Reservoir nicht für mehr als ein paar Milliarden Jahre aufrecht erhalten könnte.

Doch unsere Milchstraße ist deutlich älter und somit stellt sich die Frage, ob wir uns gerade in einer aus astronomischer Sicht eher kurzen, ganz besonderen Ära heftiger Sternentstehung befinden. Altersbestimmungen an Sternen und der Vergleich mit anderen Spiralgalaxien sprechen allerdings nicht dafür. Eine Sonnenmasse pro Jahr scheint eine recht typische Sternentstehungsrate zu sein, so dass die Wissenschaftler die Frage beantworten müssen, wo das Rohmaterial für diese Produktion herkommt. Offenbar muss also zusätzlich Materie ihren Weg in diese Galaxien finden.

Eine Möglichkeit ist, dass Gas aus den riesigen Bereichen geringer Gasdichte, die den intergalaktischen Raum erfüllen, in die Galaxien strömt. Es finden sich jedoch bislang keine Anzeichen dafür, dass dies tatsächlich passiert. Als weiterer Mechanismus ist daher ein gigantischer kosmischer Materiezyklus ins Spiel gebracht worden: Schon länger ist bekannt, dass aus vielen Galaxien Materie herausströmt - etwa, weil durch Supernova-Explosionen Materie herausgeschleudert wird, oder weil sehr helle Sterne durch ihren schieren Strahlungsdruck Gas aus ihrer Nachbarschaft vertreiben.

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Während das Gas von den Galaxien wegströmt, ist es dem ständigen Ziehen der Schwerkraft der Galaxie ausgesetzt. Und ist dieser Einfluss stark genug, so könnte das Gas über Zeiträume von einigen Milliarden Jahren wieder auf die Galaxie zurückfallen. Das könnte die Lösung des Rätsels liefern, würde es doch bedeuten, dass das Gas, welches wir in den Galaxien finden, nur ungefähr die Hälfte des Rohmaterials repräsentiert, das für die Sternentstehung zur Verfügung steht. Bedeutende Mengen an Gas würden sich praktisch noch "auf Reisen" befinden, werden aber zu späterer Zeit in die Galaxie zurückkehren.

Für "lokale Galaxien", die bis zu einige hunderte Millionen Lichtjahre von uns entfernt sind, gibt es in der Tat Beobachtungen, die zeigen, wie Gas auf die Galaxie zurückströmt. Doch was ist mit weiter entfernten Galaxien, von denen bekannt ist, dass sie deutlich schnellere Ausflüsse aufweisen? Wäre die Schwerkraft dieser Galaxien zu schwach, könnte das herausgeschleuderte Gas der Anziehungskraft der Galaxien dauerhaft entkommen und die Astronomen müssten ihre Modelle für die Materialzufuhr für Sternentstehung auf galaktischen Skalen grundlegend überdenken.

Um diese Frage zu klären, hat eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Kate Rubin vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg das Keck I-Teleskop auf Mauna Kea auf Hawaii genutzt, um das Gas von hundert Galaxien zu untersuchen, die so weit von uns entfernt sind, dass ihr Licht zwischen fünf und acht Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen. Bei sechs dieser Galaxien fanden Rubin und ihre Kollegen erstmals direkte Anzeichen dafür, dass im intergalaktischen Raum treibendes Gas wieder auf Galaxien zurückströmt, in denen es dann zur Sternentstehung beiträgt.

Dabei, so die Astronomen, dürfte die beobachtete Strömung auch von der Orientierung der Galaxie relativ zum Beobachter abhängen. Zudem konnte auch nur die durchschnittliche Gasbewegung gemessen werden. Die Gesamtzahl der Galaxien, in die Gas einströmt, dürfte daher deutlich über den direkt aus den Messdaten folgenden sechs Prozent liegen und könnte bis zu 40 Prozent betragen. Die Astronomen glauben mit ihren Beobachtungen ein wichtiges Puzzlestück des kosmischen Recyclings gefunden zu haben, mit dem sich das Rätsel des fehlenden Rohmaterials erklären lässt.

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen in einem Fachartikel in der Zeitschrift The Astrophysical Journal Letters.

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siehe auch
Galaxien: Gasmenge steigert Geburtsrate von Sternen - 11. Februar 2010
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Astronomie
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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