Extragalaktische Astronomie: Neues Datenmaterial für Starburst-Forscher

Mit einer neuen Beobachtung wurden rund 700 Starburst-Galaxien entdeckt. Gewonnen wurden diese Daten mit dem Herschel-Weltraumteleskop und den beiden Keck-Teleskopen auf Hawaii. Diese Informationsfülle wird als Quelle für die Erforschung der Galaxien- und Sternentstehung dienen.

Elena Sellentin

Galaxienkollision — © NASA/ESA and The Hubble Heritage Team (STScI) / A grazing encounter between two spiral galaxies / CC BY 4.0 CC BY (Ausschnitt)

Mit dem Herschel-Weltraumteleskop und dem Keck-Observatorium auf dem Mauna Kea in Hawaii gelang es einer Forschergruppe, die Rotverschiebungen von 767 Starburst-Galaxien zu bestimmen. Damit erstellten die Astronomen einen Katalog, dessen Informationsreichtum helfen wird zu verstehen, weshalb in Starburst-Galaxien solch eine stürmische Sternentstehung stattfindet.

Aus dem Datenmaterial geht hervor, dass diese Sternfabriken bei einer Rotverschiebung von ungefähr z = 0,85 am häufigsten anzutreffen sind – das entspricht einer kosmischen Vergangenheit von vor 7,1 Milliarden Jahren. 95 Prozent der gefundenen Galaxien liegen bei Rotverschiebungen von z < 2. Die restlichen fünf Prozent weisen aber Rotverschiebungen von bis zu z = 5 auf, das heißt, in diesen Galaxien fand die furiose Sternentstehung bereits eine Milliarde Jahre nach dem Urknall statt.

Die Anzahl der Starburst-Galaxien | Die Häufigkeit der Starburst-Galaxien verändert sich mit der Entwicklung unseres Universums. Im heutigen Universum finden wir kaum welche, vor rund sechs Millionen Jahren jedoch sehr viele. Einige seltene Exemplare erlebten ihre produktivsten Phasen der Sternentstehung bereits vor elf Milliarden Jahren.

In unserem heutigen Universum sind Starburst-Galaxien recht selten. Bis zu 500 Sonnenmassen an Sternen können in solch einem Objekt pro Jahr entstehen, und das über einen Zeitraum von bis zu 100 Millionen Jahren hinweg. Im Vergleich dazu entsteht in unserem Milchstraßensystem nur ungefähr ein sonnenähnlicher Stern pro Jahr. Forscher vermuten, dass die extrem effiziente Sternerzeugung auf den Zusammenstoß zweier gasreicher Galaxien zurückgeht. Bei solch einer Kollision durchlaufen Stoßfronten das interstellare Gas der Galaxien, was zum Kollaps einzelner Gaswolken und damit zu Sternentstehung führen kann. Eine Starburst-Galaxie wäre dementsprechend das Übergangsstadium zweier Galaxien, die zu einer einzigen verschmelzen.

Solche Galaxien am Himmel zu identifizieren, ist jedoch eine Herausforderung. Astronomen um Caitlin Casey von der Universität Hawaii benutzten dazu ein mehrteiliges Verfahren. Im ersten Schritt beobachteten sie mit dem Herschel-Weltraumteleskop einen Himmelsausschnitt im Infraroten. Starburst-Galaxien sind in diesem Wellenlängenbereich sehr leuchtkräftig, weil sie enorme Mengen an Gas und Staub enthalten, die als Ausgangsmaterial für ihre Sterne dienen. Wird der Staub jedoch von jungen Sternen angestrahlt, so emittiert er insbesondere Infrarotlicht. Im beobachteten Himmelsausschnitt fanden die Forscher 1594 Galaxien, deren Positionen sie vermaßen.

Im zweiten Schritt erzeugte das Team mit diesen Daten Platten, die für eine spektroskopische Beobachtung in die Keck-Teleskope auf Hawaii eingebaut wurden. In diese Platten wurden an die Positionen der Galaxien feine Schlitze gefräst, so dass deren Licht diese Schlitze passieren muss, bevor es die Detektoren der Teleskope erreicht. Aufgrund der Wellennatur des Lichts fächert es sich jedoch auf, wenn es einen schmalen Spalt durchqueren muss, und erzeugt so ein Spektrum. Mit einer geschlitzten Platte lassen sich daher Spektren vieler Objekte gleichzeitig gewinnen – und auf die Spektren der Starburst-Galaxien kam es den Forschern an.

Aus seinem Spektrum lässt sich die Rotverschiebung eines Objektes bestimmen. Aus der Rotverschiebung kann aber wiederum der Abstand dieses Objekts berechnet werden, und zusammen mit der scheinbaren auch seine wahre Helligkeit. Bei Starburst-Galaxien erlaubt die Bestimmung der Rotverschiebung damit eine Abschätzung der Sternentstehungsrate.

Nicht bei allen Galaxien, die in der Herschel-Beobachtung identifiziert wurden, gelang es den Forschern die Rotverschiebung zu bestimmen: Aber bei 767 von 1594 Galaxien waren die gewonnenen Spektren aussagekräftig genug, um darin Einzelheiten zu erkennen aus denen sich die Rotverschiebung ablesen ließ.

Mit dem daraus entstandenen Katalog lassen sich Starburst-Galaxien nun genauer untersuchen. Welche Prozesse in ihnen dominieren, ist besonders für Forscher interessant, die sich mit Sternentstehung beschäftigen. Doch auch Astronomen, die sich für die Verschmelzung zweier Galaxien interessieren, werden in diesem Datenbestand eine reiche Informationsquelle finden.