Helle Galaxiencluster im Zeitalter des Höhepunkts der Sternentstehung (Originalartikel vom 20.09.2019)

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

(Originalartikel unter www.cfa.harvard.edu)

Eine mit der IRAC-Kamera gewonnene Infrarot-Aufnahme des Galaxienclusters HS1549. Die Konturen zeigen die Intensitäten bei zwei Fern-Infrarot-Wellenlängen und grenzen die riesigen, sternbildenden Regionen in dem Galaxiencluster ab. Der 3 Bogenminuten umfassende Kreis um den Clusterkern entspricht einer Ausdehnung von etwa fünf Millionen Lichtjahren. Astronomen haben entdeckt, daß innerhalb dieses Gebiets jedes Jahr annähernd zehntausend Sonnenmassen an neuen Sternen gebildet werden.
Lacaille et al.

Galaxien betreiben lebhaft Sternbildung und bringen viele heiße, massereiche Sterne hervor, die große Mengen an UV-Strahlung erzeugen. Das neutrale Wasserstoffgas in diesen Galaxien (oder im zwischen ihnen befindlichem intergalaktischen Medium) absorbiert nahezu das gesamte UV-Licht kürzer als 912 Ångström, die charakteristische Wellenlänge des Wasserstoff-Übergangs. Beobachter dieser Starburst-Galaxien sehen folglich einen plötzlichen Abfall in deren Spektren bei dieser Wellenlänge, der sogenannte Lyman-Break. (Hinweis: sichtbares, blaues Licht liegt in einem viel längeren Wellenlängenbereich, um 4000 Ångström.) Galaxien im fernen Universum driften durch die Expansion von uns weg, so daß ihr wahrnahmbares Spektrum nach rot verschoben ist und in Folge davon sich ihr Lyman-Break zu sichtbaren Wellenlängen verschiebt, bei denen optische Instrumente das Spektrum messen können.

Große Galaxiencluster im lokalen Universum, als auch ihre massereichen Mitglieder, müssen im frühen Universum mit der Bildung von Sternen begonnen haben, um auf die Größe von heute anzuwachsen. Astronomen sehen in der Tat beträchtlich erhöhte Sternentstehungsaktivität in fernen Proto-Clustern, die zu Teilen mit Hilfe der Suche nach ihren Lyman-Break-Signaturen gefunden wurden. CfA-Astronom Mark Gurwell war Mitglied in einem internationalen Team, das das Submillimeter Array (SMA) und die SCUBA-2 Submillimeterkamera am James Clerk Maxwell Teleskop nutzte, um zwei der größten bekannten, dichten Galaxiencluster aus einer Epoche von ungefähr zweieinhalb Milliarden Jahre nach dem Urknall zu untersuchen. Das SMA konnte die räumlich vermischten Galaxien auflösen. Insgesamt fand das Team sechsundfünfzig individuelle, helle Galaxien in sehr dicht gepackten Regionen mit einem Durchmesser von nur ungefähr fünf Millionen Lichtjahren (zum Vergleich: die am nächsten gelegene große Galaxie zu unserer Milchstraße, Andromeda, ist zweieinhalb Millionen Lichtjahre entfernt).

Die Wissenschaftler nutzten die Infrarot- und Submillimeter-Helligkeit dieser Cluster, um deren Sternbildungsaktivität abzuschätzen, und fanden phantastische Raten – ungefähr zehntausend sowie dreitausend Sonnenmassen pro Jahr an neuen Sternen (die Milchstraße bringt ungefähr einen neuen Stern pro Jahr hervor). Die Ergebnisse stimmen mit der Vorstellung überein, daß während dieser Epoche das Universum mit einer beträchtlich höheren Rate als heute Sterne bildete. Die Arbeit hilft auch, unser Verständnis über die Verteilung der Dunklen Materie durch verbesserte Simulationen der Bildung von galaktischen Strukturen zu vertiefen (diese Galaxien bilden sich in Halos aus Dunkler Materie).

Literatur:

„Two Sub-Millimetre Bright Protoclusters Bounding the Epoch of Peak Star-Formation Activity“

Kevin M. Lacaille, Scott C. Chapman, Ian Smail, C. C. Steidel, A. W. Blain, J. Geach, A. Golob, M. Gurwell, R. J. Ivison, N. Reddy, and M. Sawicki

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 488, 1790, 2019

oder

arXiv:1809.06882v3 [astro-ph.GA] 20 Jun 2019