Galaxienwachstum ohne Zusammenstöße

Junge Galaxien können wachsen, indem sie kühles Gas aus ihrer Umgebung aufsaugen und als Ausgangsmaterial für die Bildung vieler neuer Sterne verwenden.

Die ersten Galaxien entstanden bereits, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war. Sie waren damals freilich viel kleiner als die riesigen Sternsysteme (man denke an unsere Milchstraße), die wir heute sehen. Offenbar muss sich die durchschnittliche Größe einer Galaxie in der Zwischenzeit erhöht haben. Ein wichtiger Wachstumsmechanismus besteht darin, dass Galaxien miteinander zusammenstoßen und sich dann zu größeren Systemen vereinigen. Es gibt aber auch noch eine andere, „sanftere“ Methode. Dieser anderen Art des Galaxienwachstums ist ein Team aus europäischen Astronomen nun mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO nachgegangen: Junge Galaxien könnten wachsen, indem sie Ströme aus kühlem Wasserstoff- und Heliumgas einsaugen, die das frühe Universum durchziehen. Aus diesem Urmaterial bilden sich in den Galaxien dann neue Sterne. Junge Galaxien könnten demnach auf zwei verschiedene Arten größer werden: entweder durch die Verschmelzung mit anderen Galaxien oder durch diesen als Akkretion bezeichneten Prozess. Analog kann eine Firma expandieren, indem sie mit anderen Firmen fusioniert oder indem sie selbst zusätzliche Mitarbeiter einstellt.

Abb.: Künstlerische Darstellung einer jungen Galaxie, die Materie akkretiert (Bild: ESO/L. Calçada)

Giovanni Cresci vom italienischen Osservatorio Astrofisico di Arcetri bei Florenz, der Leiter des Wissenschaftlerteams, fasst zusammen: “Die neuen VLT-Ergebnisse sind der erste direkte Nachweis dafür, dass die Akkretion von Gas auf frühe Galaxien tatsächlich stattgefunden hat, und dass sie ausreichte, um starke Sternentstehung und das Wachsen von massereichen Galaxien im jungen Universum anzuregen.” Diese Entdeckung ist ein wichtiger Schritt für unser Verständnis der Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute.

Für ihre Untersuchungen hatten die Astronomen sich drei sehr weit entfernte Galaxien ausgesucht und überprüft, ob sich bei diesen Galaxien Hinweise auf aus der Umgebung einströmendes Gas und auf die daraus resultierende Entstehung neuer Sterne finden. Dabei wurde sorgfältig darauf geachtet, dass die als Beispiele ausgewählten Galaxien nicht durch Wechselwirkung mit anderen Galaxien gestört waren. Die Galaxien waren zu dem Zeitpunkt als das Licht, das wir heute von ihnen empfangen, ausgesendet wurde – etwa zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall, was einer Rotverschiebung von z=3 entspricht – symmetrische, langsam rotierende Scheiben ähnlich wie die Milchstraße.

Im heutigen Universum finden sich schwere Elemente vornehmlich in den Zentralbereichen der Galaxien. Als Crescis Team dagegen die ausgewählten fernen Galaxien mit dem SINFONI-Spektrografen am VLT kartierte, stellten die Wissenschaftler mit Begeisterung fest, dass im Zentralbereich der Galaxien, in denen zahlreiche neue Sterne entstehen, in allen drei Fällen nur geringe Spuren schwerer Elemente zu finden waren. Dies deutet darauf hin, dass das Material, das die Sternentstehung befeuert, seinen Ursprung in dem metallarmen Gas aus der Umgebung der Galaxie hat. Man hat die jungen Galaxien damit praktisch auf frischer Tat dabei ertappt, wie sie frisches Gas akkretieren und zur Bildung neuer Sterne nutzen.

„Das SINFONI-Instrument am VLT hat neue MögIichkeiten zur Untersuchung der chemischen Eigenschaften von weit entfernten Galaxien eröffnet. Mit ihm kann man nicht nur Informationen in zwei räumlichen Dimensionen – also Bilder – gewinnen, sondern zusätzlich in einer dritten, spektralen Dimension. Auf diese Weise lassen sich Bewegungen innerhalb einer Galaxie und die chemische Zusammensetzung des interstellaren Gases messen“, sagt Cresci.

Max-Planck-Institut für Astronomie / AL

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Cresci et al.: Gas accretion as the origin of chemical abundance gradients in distant galaxies. Nature 467, 811-813 (2010)
  dx.doi.org/10.1038/nature09451
• Informationen zum VTL:
  www.eso.org/public/teles-instr/vlt.html