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EFFELSBERG
Radiodaten verraten Sternentstehungsrate 
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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22. Februar 2017

Durch die Beobachtung von insgesamt 52 Galaxien in mehreren Wellenlängen mit dem 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg ist es Astronomen gelungen, eine verlässliche Methode abzuleiten, mit der sich die Sternentstehungsrate in einer Galaxie allein aus Radiobeobachtungen bestimmen lässt. Bislang musste man noch Resultate aus anderen Spektralbereichen hinzuziehen.

NGC 4725

Die Spiralgalaxie NGC 4725. Die Konturlinien zeigen Radiokontinuumsstrahlung bei einer Frequenz von 8,5 GHz, gemessen mit dem 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg, überlagert auf eine optische Aufnahme der Galaxie. Bild: Ancor Damas-Segovia (Radiokarte & kombiniertes Bild), Martin Pugh / martinpughastrophotography.id.au (optisches Bild) [Großansicht]

Fast alles Licht, das wir im Universum erblicken können, stammt von Sternen, die im Inneren von dichten Gaswolken im sogenannten interstellaren Medium von Galaxien geboren wurden. Die Häufigkeit ihrer Entstehung wird als Sternentstehungsrate bezeichnet. Sie hängt ab vom Gasvorrat in der Galaxie selbst, sowie von physikalischen Eigenschaften wie Dichte, Temperatur und Stärke des Magnetfelds. Die Sternentstehungsrate stellt dabei eine Schlüsselgröße dar zum besseren Verständnis, wie Sternentstehung funktioniert.

Zur Bestimmung von Sternentstehungsraten kamen bis jetzt eine Reihe von Beobachtungen in ganz unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zum Zuge, jeweils mit individuellen Vor- und Nachteilen. Licht im sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich kann zu einem erheblichen Teil durch interstellaren Staub absorbiert werden. Das führte zum Einsatz von hybriden Bestimmungsmethoden, die zwei oder mehr unterschiedliche Wellenlängenbereiche miteinander verknüpfen, darunter der Infrarotbereich, mit dessen Hilfe der Einfluss der Staubabsorption korrigiert werden kann.

Dabei können aber wiederum andere Emissionsprozesse hineinspielen, die nicht mit der Entstehung von massereichen Sternen verknüpft sind und zu einer Konfusion der Ergebnisse führen können. Ein internationales Forscherteam hat jetzt eine detaillierte Analyse der spektralen Energieverteilung  einer systematischen Stichprobe von Galaxien durchgeführt, die zuvor mit dem Infrarotweltraumteleskop Herschel beobachtet worden waren.

Die Astronomen konnten zum ersten Mal die abgestrahlte Energie dieser Galaxien im Radiofrequenzbereich bestimmen, aus der unmittelbar die Sternentstehungsraten folgen. "Wir haben dafür die gemessene Radiostrahlung in einem mittleren Frequenzbereich zwischen ein und zehn GHz verwendet, da in früheren Untersuchungen eine eindeutige Korrelation zwischen Radio- und Infrarotstrahlung entdeckt wurde", erläutert Fatemeh Tabatabaei vom Instituto de Astrofisica de Canarias in La Laguna auf der Kanareninsel Teneriffa, die die Studie leitete.

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Es wurden detaillierte Untersuchungen durchgeführt, um die Energiequellen und die Prozesse in diesen Galaxien zu verstehen. "Wir haben uns deshalb entschieden, systematische Radiobeobachtungen der Galaxien der KINGFISH-Stichprobe bei einer ganzen Reihe von Wellenlängen durchzuführen", so Eva Schinnerer vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie, eine der beteiligten Forscherinnen. Das KINGFISH-Projekt ("Key Insights on Nearby Galaxies: a Far-Infrared Survey with Herschel") ist eine systematische Studie von insgesamt 61 Galaxien im nahen Universum mit dem ESA-Infrarotweltraumteleskop Herschel.

"Als Einzelteleskop mit hoher Empfindlichkeit ist unser 100-Meter-Radioteleskop in Effelsberg das ideale Instrument, um verlässliche Radioflusswerte auch für schwache ausgedehnte Objekte wie diese Galaxien bestimmen zu können", ergänzt Marita Krause vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie, die für die Radiomessungen der Galaxien mit dem 100-m-Teleskop verantwortlich war.

Das Team konnte zeigen, dass die Radiostrahlung im beobachteten Wellenlängenbereich aus mehreren Gründen eine ideale Kenngröße zur Berechnung von Sternentstehungsraten der untersuchten Galaxien darstellt. Erstens findet keine Abschwächung der Strahlung durch Absorption im dazwischenliegenden interstellaren Staub statt. Zweitens wird Radiostrahlung bei massereichen Sternen in mehreren Phasen ihrer Entstehung abgestrahlt, von jungen stellaren Objekten über HII-Regionen (Gebiete mit ionisiertem Gas) bis hin zu Supernova-Überresten. Schließlich ist es auch nicht notwendig, die gefundene Messgröße mit Ergebnissen aus anderen Wellenlängenbereichen zu korrigieren. 

Aus all diesen Gründen, so die beteiligten Forscherinnen und Forscher, würden Messungen im untersuchten Radiowellenlängenbereich einen eindeutigeren Weg zur Bestimmung der Sternentstehungsrate von Galaxien darstellen, als viele der bislang benutzten Methoden. "Wir können jetzt daran gehen, mit Hilfe von Messungen am Radioteleskop Effelsberg diese Methode auf eine ganze Reihe weiterer Galaxien anzuwenden", so Teammitglied Rainer Beck vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Über ihre Untersuchungen berichten Astronomen in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist.

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siehe auch
ALMA: Das Rohmaterial für neue Sterne - 23. September 2016
Sterne: Ein Rezept für Sternentstehung - 11.  April 2014
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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