HERSCHEL
Kollision lässt Riesengalaxie entstehen
von Stefan Deiters
astronews.com
24. Mai 2013

Astronomen haben mit dem ESA-Weltraumteleskop Herschel zwei gasreiche Galaxien im jungen Universum entdeckt, die gerade miteinander verschmelzen. Der Fund könnte den Forschern helfen, die Existenz von massereichen elliptischen Systemen in dieser Epoche zu verstehen, in denen es kaum noch Sternentstehung gibt. Sie waren den Forschern bislang ein Rätsel.

Die Herschel-Aufnahme (links) auf der das System HXMM01 entdeckt wurde. Rechts eine Detailansicht, die auf Beobachtungen mehrerer Teleskope basiert. Bild: ESA / NASA / JPL-Caltech/UC Irvine / STScI / Keck / NRAO / SAO [Großansicht]

Galaxien lassen sich grob in zwei fundamental unterschiedliche Arten einteilen: in Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße, in denen noch große Mengen an Gas vorhanden sind, aus dem sich neue Sterne bilden und in elliptische Galaxien, in denen sich kaum noch Gas findet und die daher überwiegend aus alten Sternen bestehen.

Die massereichen elliptischen Galaxien, die wir heute in unserer kosmischen Nachbarschaft beobachten, haben sich - so zumindest die gängige Lehrmeinung - im Laufe von Milliarden Jahren durch die Verschmelzung kleinerer Systeme gebildet, deren Gasvorrat sich erschöpft hatte, so dass in den heutigen elliptischen Systemen keines mehr vorhanden ist.

In den vergangenen Jahren hat man allerdings dank immer besserer Beobachtungsmöglichkeiten massereiche elliptische Galaxien in so großer Entfernung entdeckt, dass wir sie zu einer Zeit sehen, in der das Universum nicht älter war als drei bis vier Milliarden Jahre. Mit einer Theorie der aufeinanderfolgenden Verschmelzung kleinerer Systeme lassen sich diese Riesengalaxien im jungen Universum nicht verstehen. Sie müssen sich sehr schnell gebildet und dann plötzlich die Entstehung neuer Sterne eingestellt haben.

Eine Möglichkeit, diese Funde zu erklären, wäre die Kollision von zwei Spiralgalaxien, durch die dann eine gewaltige elliptische Galaxie entstanden ist. Die Kollision könnte einen gewaltigen Sternentstehungsausbruch in dem System ausgelöst haben. Dieser hätte dann dazu geführt, dass der Gasvorrat der neuen Galaxie sehr schnell verbraucht worden ist.

Mithilfe des ESA-Infrarotteleskops Herschel, das bis Ende vergangenen Monats Beobachtungen gemacht hat (astronews.com berichtete), konnten Astronomen nun einen solchen Vorgang beobachten. Die entdeckten massereichen Galaxien, die gerade mit der Verschmelzung beginnen, sehen wir zu einer Zeit, in der das Universum gerade einmal drei Milliarden Jahre alt war.

Das System erschien in den Herschel-Daten zunächst nur als einzelne helle Quelle und erhielt den Namen HXMM01. Weitere Beobachtungen mit anderen Teleskopen ergaben dann, dass es sich tatsächlich um zwei Galaxien handelt, die jeweils Sterne mit der etwa 100-Milliarden-fachen Masse der Sonne beinhalten sowie noch eine ähnlich große Menge an Gas. Beide Galaxien sind durch eine "Brücke" aus Gas verbunden, was ein Hinweis auf eine gerade beginnende Verschmelzung ist.

"Dieses Monstersystem von wechselwirkenden Galaxien ist die effizienteste Sternenfabrik, die jemals im nur drei Milliarden Jahre alten Universum entdeckt wurde", so Hai Fu von der University of California in Irvine, der die in der Wissenschaftszeitschrift Nature veröffentlichte Untersuchung leitete.

"Das HXMM01-System ist nicht nur deswegen besonders, weil es eine hohe Masse hat und es eine intensive Sternentstehung aufweist, sondern auch weil es uns einen wichtigen Zwischenschritt des Verschmelzungsprozesses zeigt, der hilft, Modelle über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien zu verifizieren", ergänzt Teammitglied Asantha Cooray, auch von der University of California in Irvine.

Durch die beginnende Verschmelzung wurde in HXMM01 eine heftige Phase von Sternentstehung ausgelöst, durch die jedes Jahr Sterne mit einer Gesamtmasse von etwa der 2.000-fachen Masse unserer Sonne entstehen. Zum Vergleich: In der Milchstraße entsteht im Schnitt gerade einmal ein Stern von der Masse unserer Sonne pro Jahr. Außerdem scheint die Effizienz, mit der Gas in Sterne umgewandelt wird, in dem fernen System rund zehnmal höher zu sein als in normalen Galaxien.

Diese heftige Sternentstehung wird allerdings nicht lange anhalten können: Die Astronomen schätzen, dass in nur 200 Millionen Jahren sämtliches Gas in dem System verbraucht sein wird. Innerhalb einer Milliarde Jahre sollte dann der Verschmelzungsprozess abgeschlossen und eine massereiche elliptische Galaxie entstanden sein, in der sich keine Sterne mehr bilden. Sie dürfte dann eine Masse von etwa 400 Milliarden Sonnenmassen haben.

"Wir hatten großes Glück, dieses extreme System in einer kritischen Übergangsphase zu entdecken", freut sich Seb Oliver von der University of Sussex, der verantwortliche Wissenschaftler für das Durchmusterungsprogramm Herschel Multi-tiered Extragalactic Survey (HerMES), in dessen Rahmen HXMM01 entdeckt wurde. "Es zeigt uns, dass Verschmelzungen von gasreichen Galaxien, in denen noch aktiv Sterne entstehen, ein möglicher Prozess ist, um die massereichsten elliptischen Galaxien zu bilden, die man im jungen Universum beobachtet."