SPITZER
Überraschendes Wachstum entfernter Galaxien
von Stefan Deiters
astronews.com
4. Juli 2011

Mithilfe des Infrarot-Weltraumteleskops Spitzer haben Astronomen eine verblüffende Entdeckung gemacht: In vielen entfernten Galaxien im jungen Universum scheint es über einen längeren Zeitraum intensive Sternentstehung gegeben zu haben, bei der sehr massereiche Sonnen entstanden sind. Der Fund steht im Gegensatz zu bisherigen Annahmen über die Entwicklung von Galaxien.

Dieser Vergleich zeigt, wie eine normale Galaxie in unserem lokalen Universum (links) einmal im entfernten Universum ausgesehen haben könnte (rechts). Bild: NASA/JPL-Caltech/STScI   [Großansicht]

"Unsere Untersuchung zeigt, dass das Verschmelzen von Galaxien nicht der dominierende Prozess für das Wachstum von Galaxien im entfernten Universum war", erläutert Ranga-Ram Chary vom Spitzer Science Center der NASA am California Institute of Technology im kalifornischen Pasadena. "Nach unseren Beobachtungen war diese Form des galaktischen Kannibalismus selten. Stattdessen haben wir Hinweise darauf gefunden, dass eine typische Galaxie durch einen kontinuierlichen Strom von Gas von selbst gewachsen ist und Sterne in ihr mit sehr viel höherer Rate entstanden sind als bislang angenommen."

Chary ist leitender Wissenschaftler einer Studie, deren Ergebnisse Anfang August in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal erscheinen. Die Forscher beschreiben darin ein Szenario, in dem die Galaxien über viele Hundertmillionen Jahre beständig wachsen und dabei eine ungewöhnlich hohe Zahl massereicher Sterne produzieren, die Massen von bis zur 100-fachen Masse unserer Sonne haben. "Es ist das erste Mal, dass wir Galaxien entdeckt haben, die auf diese Weise durch allmähliches Wachstum so deutlich größer geworden sind", erläutert Hyunjin Shim vom Spitzer Science Center und Erstautor des Fachartikels. "Es gibt in ihnen sehr viel mehr extrem massereiche Sterne als in unserer Milchstraße."

Galaxien sind enorme Ansammlungen von Sternen, Gas und Staub. Sie wachsen, indem sie Gas in neue Sterne verwandeln. Seit langem beschäftigt Astronomen daher die Frage, woher entfernte Galaxien, die also vor vielen Milliarden Jahren entstanden sein müssen, das notwendige Material zur Produktion von Sternen bekommen. Die bislang vielversprechendste Erklärung lieferten Kollisionen und Verschmelzungen von Galaxien, durch die dem System plötzlich wieder große Mengen an neuem Gas zur Verfühung standen.

Chary hat sich mit seinem Team dieser Frage angenommen und dazu mit Hilfe des Infrarot-Weltraumteleskops Spitzer mehr als 70 entfernte Galaxien untersucht, die etwa ein bis zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall existierten. Zu ihrer Überraschung leuchteten diese Galaxien in einem Wellenlängenbereich, den die Astronomen als "H-alpha" bezeichnen. Diese Strahlung wird von Wasserstoffgas abgegeben, das von intensiver ultravioletter Strahlung von Sternen angeregt wird. Eine hoher Anteil von H-alpha-Strahlung deutet somit auf eine hohe Sternentstehungsaktivität hin. In unserem lokalen Universum trifft dies nur auf 0,1 Prozent der Galaxien zu.

Bisherige Studien mit im Ultraviolett beobachtenden Teleskopen hatten eine sechsmal geringere Sternentstehungsrate festgestellt als Spitzer. Eine Ursache dafür könnte Staub sein, der die Beobachtungen bisher behindert hat, den Infrarotstrahlung aber durchdringen kann. Eine weitere Analyse der Daten ergab, dass in den entfernten Galaxien Sterne mit einer 100-fach höheren Rate entstehen als gegenwärtig in der Milchstraße und es sich dabei nicht nur um einen kurzen intensiven Ausbruch, sondern um eine mehrere Hundertmillionen Jahre dauernde Periode handelt.

Das spricht dafür, dass Galaxien damals nicht durch Kollisionen und Verschmelzungen gewachsen sind. Diese ereignen sich nämlich auf deutlich kürzeren Zeitskalen. Zwar kommt es im Universum häufig zu solchen Kollisionen, doch dürften sie - nach Ansicht der Astronomen - nicht der Hauptgrund für das Wachstum von Galaxien sein. Stattdessen wuchsen die entfernten Systeme durch einen ständigen Strom aus Gas, der eventuell entlang von Filamenten aus Dunkler Materie in die Galaxien geleitet wurde. "Wenn man einen Planeten in einen dieser Galaxien besuchen könnte", so Chary, "würde der Nachthimmel verrückt aussehen. Es gäbe unzählige extrem helle Sterne und regelmäßige Supernova-Explosionen."