Sternentstehung in staubigen Galaxien

Bei Beobachtungen im Submillimeter-Bereich sind die Astronomen in den vergangenen zehn Jahren auf eine Population von Galaxien hoher Rotverschiebung gestoßen, die bei langen Wellenlängen extrem leuchtkräftig sind. Ebenfalls etwa seit zehn Jahren messen die Wissenschaftler eine Hintergrundstrahlung im fernen Infrarot. Ein internationales Forscherteam konnte nun mithilfe eines Ballonteleskops zeigen, dass dieser Ferninfrarot-Hintergrund zu einem Großteil durch die leuchtkräftigen Submillimeter-Galaxien verursacht wird.  

 

Abb.: Start des BLAST-Ballonteleskops (Bild: Don Wiebe)

Diese Galaxien mit kosmologischen Rotverschiebungen zwischen 1 und 4 durchlaufen offenbar eine Phase explosionsartiger Sternentstehung, so genannte Starbursts, sind jedoch durch ihren sehr hohen Staubanteil nur schwer im optischen zu entdecken. Etwa die Hälfte der energiereichen Strahlung der jungen Sterne wird in Staubwolken absorbiert und dann thermisch bei Temperaturen um 30 Kelvin reemittiert. Die spektrale Energieverteilung der Galaxien hat deshalb im Ruhesystem ihr Maximum bei etwa 100 Mikrometer, die Expansion des Weltalls verschiebt dieses Maximum dann je nach Rotverschiebung zu 200 bis 500 Mikrometern.     

Der Verdacht lag daher nahe, dass diese Submillimeter-Galaxien für die Hintergrundstrahlung im fernen Infrarot verantwortlich sind. Doch eine Auflösung der Hintergrundstrahlung in Einzelquellen wird dadurch erschwert, dass die Erdatmosphäre in diesem Bereich nahezu undurchsichtig ist. Eine Erfolg versprechende Durchmusterung des Himmels nach den staubigen Starburst-Galaxien ist also nur vom Weltall aus möglich - oder von einem hoch fliegenden Ballonteleskop.  

Mark Devlin von der University of Pennsylvania und seine Kollegen berichten in der aktuellen Ausgabe von "Nature" über Beobachtungen mit dem "Balloon-borne Large-Aperture Submillimeter Telescope", kurz BLAST, einem ballongetragenen Submillimeter-Teleskop mit zwei Metern Öffnung. Ende 2006 flog das Instrument elf Tage lang von der McMurdo-Station in der Antarktis aus in 40 Kilometern Höhe. Die Astronomen durchmusterten bei diesem Flug ein 8,7 Quadratgrad großes Himmelsgebiet bei Wellenlängen von 250, 350 und 500 Mikrometern - und konnten dabei rund 450 individuelle Strahlungsquellen in diesem Bereich identifizieren.

Devlin und seine Kollegen zeigen, dass die meisten dieser Quellen Starburst-Galaxien sind, und das diese mit wachsenden Wellenlänge einen stetig größer werdenden Anteil an der Hintergrundstrahlung haben. Über 70 Prozent der ferninfraroten Hintergrundstrahlung, so die Forscher, stammt von Starburst-Galaxien hoher Rotverschiebung. Die Beobachtungen bieten damit einen ersten Einblick in eine wichtige Phase der kosmischen Entwicklung, in der die Sternenstehungsrate in den Galaxien mehrere hundert Mal höher war als im heutigen Universum.

Die Untersuchung dieser Epoche dürfte in den kommenden Jahren große Fortschritte machen. Denn zum einen ist das kurz vor dem Start stehende Herschel-Teleskop mit einer Kopie des Submillimeter-Detektors von BLAST ausgerüstet - besitzt aber mit 3,5 Metern eine erheblich größere Apertur. Damit dürfte Herschel einige Tausend neue Submillimeter-Galaxien identifizieren. Und zum anderen wird das im Aufbau befindliche Atacama Large Millimeter Array ALMA schon bald hochauflösende Beobachtungen der Sternenstehungsregionen in den Submillimeter-Galaxien möglich machen - und so neue Erkenntnisse über die physikalischen Ursachen der Starbursts liefern.

Rainer Kayser


Weitere Infos:

• Originalarbeit:
  M. J. Devlin et al., "Over half of the far-infrared background light comes from galaxies at z>1.2", Nature 456, 362 (2008)
• A. J. Barger et al., "Submillimetre-wavelength detection of dusty star-forming galaxies at high redshift", Nature 394, 248 (1998)
• J.-L. Puget et al., "Tentative detection of a cosmic far-infrared background with COBE", Astronomy and Astrophysics 308, L5 (1996)
• E. Pascale et al., "The Balloon-borne Large Aperture Submillimeter Telescope: BLAST", Astrophysical Journal 681, 400 (2008)
• University of Pennsylvania:
  http://www.upenn.edu/
• BLAST-Experiment:
  http://blastexperiment.info/
• Herschel Telescope:
  http://sci.esa.int/herschel/
• ALMA-Experiment:
  http://www.eso.org/sci/facilities/alma/

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