Heißer Staub stoppt Sternentstehung

Die Aufheizung von Staubkörnchen durch ultra­violette Strahlung junger Sterne ist die Haupt­ursache für die Erwärmung des neutralen inter­stellaren Mediums. Simulationen, die diese photo­elektrische Aufheizung berücksichtigen, deuten bislang jedoch darauf hin, dass dieser Effekt nur einen geringen Einfluss auf die Stern­entstehungs­rate in Galaxien hat. Das ist überraschend, da die Eigenschaften der Galaxien im heutigen Kosmos sich am besten mit einer Stern­entstehungs­rate erklären lassen, die vom Anteil an schweren Elementen in den Galaxien abhängt. Eine solche Abhängigkeit wäre aber gerade eine Folge der Aufheizung von Staub, während sie bei Supernovae nicht auftritt.

John Forbes von der University of California in Santa Cruz und seine Kollegen aus den USA, Australien und Israel präsentieren jetzt verbesserte Simulationen, mit denen sie diesen Widerspruch auflösen können: Zumindest in Zwerg­galaxien, so das Ergebnis, reguliert die photo­elektrische Aufheizung zu jeder Zeit die Stern­entstehungs­rate. Sie bremse die Bildung neuer Sterne zehn­mal stärker ab als Supernovae allein, so die Forscher.

Das Team konzentrierte sich auf Zwerg­galaxien, weil sich bei ihnen der Einfluss sowohl des heißen Staubs als auch der Supernovae am stärksten bemerkbar machen sollte. In einer Reihe hochaufgelöster hydro­dynamischer Simulationen untersuchten sie die Entwicklung der Zwerg­galaxien mit unterschiedlichen Anfangs­bedingungen, wobei sie zum Vergleich bei ihren Rechnungen mal die photo­elektrische Aufheizung, mal die Supernovae, und mal beide Einflüsse komplett „ausschalteten“. Das Ergebnis ist eindeutig: Während der Verzicht auf Supernovae kaum zu Änderungen in der Galaxien­evolution führt, ändert sich die Situation bei Abschaltung der Staub-Aufheizung dramatisch und liefert Entwicklungen, die nicht im Einklang mit den Beobachtungen sind.

Supernovae blasen bei ihrer Explosion Gas aus den Galaxien heraus und – so nahm man bislang an – verhindern so die Entstehung neuer Sterne. Forbes und seine Kollegen folgern, der Gasverlust durch Supernovae müsse durch einen etwa gleich großen Zustrom von kühlem Gas aus dem inter­galaktischen Raum ausgeglichen werden. Die photo­elektrische Aufheizung beeinflusst die Stern­entstehungs­rate auf völlig andere Weise. Junge, masse­reiche Sterne emittieren besonders viel ultra­violette Strahlung im Energie­bereich von 8 bis 13,6 Elektronen­volt. Diese Energie liegt einerseits unterhalb der Schwelle, die zu einer Absorption im neutralen Wasserstoff führt, ist andererseits aber hoch genug, um aus den kleinen Staub­partikeln Elektronen herauszuschlagen und sie mit der verbleibenden Energie aufzuheizen. Das wiederum führt zu einer Erwärmung des Gases in der Umgebung und damit zu einer Erhöhung der Jeans-Masse – die Entstehung neuer Sterne wird also mit zunehmender Auf­heizung immer schwerer. Nun müssen weitere Simulationen zeigen, ob sich dieses Ergebnis auch auf andere Arten von Galaxien übertragen lässt.

Rainer Kayser

DE