Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine Galaxie tankt auf

02.10.2013
Astronomen beobachten, wie Materie in ein fernes Milchstraßensystem strömt

Astronomen haben kalte Materieströme von Wasserstoff aus der Frühzeit des Universums beobachtet, die in eine ferne Galaxie fließen und dort als Grundstoff für die Entstehung neuer Sterne dienen.


Tankstelle: Das Bild, Ergebnis einer Supercomputer-Simulation, zeigt eine Galaxie (Mitte), in die kalte Materieströme von Gas fließen. Einer der Materieflüsse wird von hinten von einem entfernten Quasar beleuchtet (unten links, nachträglich ebenso wie der Sternenhintergrund von Hand hinzugefügt).

© MPIA (G. Stinson / A. V. Macciò)

Solche Ströme sind ein wichtiger Bestandteil von Modellen, die eine Ära intensiver Sternentstehung vor rund zehn Milliarden Jahren erklären sollen. Das Team um Neil Crighton (Max-Planck-Institut für Astronomie und Swinburne University of Technology) nutzte einen Zufall: einen fernen, hellen Quasar, der das Gas wie eine Art kosmischer Scheinwerfer von hinten anleuchtet.

Bei ihrer Geburt haben Galaxien wie unsere Milchstraße offenbar große Mengen an kosmischer Materie aus riesigen Reservoirs von Wasserstoff an sich gezogen. Dieser Wasserstoff treibt seit der Frühzeit des Universums in den Weiten des intergalaktischen Raums. Vor rund zehn Milliarden Jahren, als der Kosmos nur rund ein Fünftel so alt war wie heute, produzierten die damaligen Protogalaxien massenweise Sterne – mehr als hundert Mal so viel wie es für heutige Galaxien typisch ist. Dafür musste hinreichend Nachschub an Gas existieren.

Über die vergangenen zehn Jahre hinweg haben Computersimulationen solcher Szenarien große Fortschritte gemacht. Sie geben Auskunft darüber, wie Galaxien an den „Treibstoff“ für ihre Sternproduktion gelangen dürften: Gas fließt demnach über schmale kalte Materieströme in die Milchstraßensysteme. Wie Rinnsale aus der Schneeschmelze, die einen Bergsee speisen, wird auf diese Weise immer wieder neues Rohmaterial angeliefert.

Zu überprüfen, ob dieses Szenario der Wirklichkeit entspricht, ist alles andere als einfach. Entsprechendes Gas in den Randregionen und der unmittelbaren Umgebung einer Galaxie ist viel zu stark verdünnt, als dass es nachweisbare Mengen von Licht aussenden würde. Astronomen suchen daher systematisch nach einer ganz bestimmten Sorte von kosmischem Zufall, bei dem Quasare eine Rolle spielen.

Diese Kraftwerke sind Galaxien in einem kurzlebigen Zwischenstadium ihrer Entwicklung. Angetrieben durch Prozesse rund um das supermassereiche schwarze Loch im Zentrum, wird ein solcher Quasar zwischenzeitlich zu einem der hellsten Objekte im Universum überhaupt.

In sehr seltenen Fällen steht ein Quasar aus Sicht eines irdischen Beobachters zufällig direkt hinter einer der gesuchten intergalaktischen Gaswolken. Dann verschluckt das Gas bestimmte Anteile des Quasarlichts – und im Spektrum erscheinen sogenannten Absorptionslinien. Muster und Formen dieser Linien geben Aufschluss über Dichte, chemische Zusammensetzung und Temperatur des Gases.

Auf diese Weise hat jetzt ein Team unter der Leitung von Neil Crighton vom Max-Planck-Institut für Astronomie (inzwischen an der Swinburne University of Technology) das bisher überzeugendste Beispiel für Gas aus einem der intergalaktischen Reservoirs erbracht, das in eine Galaxie fließt. Die Galaxie mit der Katalognummer Q1442-MD50 ist so weit von uns entfernt, dass ihr Licht elf Milliarden Jahre benötigt hat, um uns zu erreichen.

Das einströmende Gas befindet sich, nach galaktischen Maßstäben beurteilt, direkt in der Nachbarschaft, nämlich nur 190000 Lichtjahre von der Galaxie entfernt. Es verrät seine Anwesenheit, indem es einen Teil des Lichts des noch deutlich weiter entfernten Quasars QSO J1444535+291905 absorbiert.

Crighton und seine Kollegen haben in der Gaswolke zudem Spuren von schwerem Wasserstoff nachgewiesen - von Deuterium, in dessen Kern neben dem Proton ein Neutron sitzt. Die Atomkerne dieser und einiger weiterer Sorten von Elementen entstanden nach heutigem Wissen wenige Minuten nach dem Urknall. Alle schwereren Elemente, etwa Kohlenstoff oder Stickstoff, bildeten sich erst im Laufe der Zeit, insbesondere im heißen Innern von Sternen. Deuterium allerdings kann in Sternen nicht erzeugt werden. Ja, es würde sogar unter den dort herrschenden Bedingungen zerstört.

Die Anwesenheit von Deuterium zeigt daher an, dass es sich nicht um eine Wolke von Gas handelt, die jemals Bestandteil eines Sterns war, sondern offenbar um urtümliches Gas: um Materie aus den großen Wasserstoffreservoirs, die seit der Urknallphase chemisch so gut wie unverändert geblieben sind.

„Das ist nicht das erste Mal, das Astronomen mithilfe eines Quasars Gas in der Nachbarschaft einer fernen Galaxie gefunden haben“, sagt Neil Crighton. Aber es sei das erste Mal, dass alle Teile des Puzzles zusammenpassen. „In der Galaxie, die wir beobachtet haben, entstehen gerade jetzt enorme Mengen von Sternen. Und für das Gas konnten wir zeigen, dass es sich tatsächlich um urtümliches Gas aus der Zeit direkt nach dem Urknall handelt.“

Die Entdeckung des Systems gelang im Rahmen einer großangelegten Durchmusterung, bei der die Forscher gezielt nach Quasaren suchen, die am Himmel in unmittelbarer Nähe von nähergelegenen Galaxien stehen. Koordiniert wird die Durchmusterung von Joseph Hennawi, der am Max-Planck-Institut für Astronomie die ENIGMA-Forschungsgruppe leitet.

„Weil diese Entdeckung Teil einer systematischen Suche ist, können wir daraus schließen, dass derartige kalte Materieströme vergleichsweise häufig sind“, sagt Hennawi. „Wir haben nämlich nur zwölf Quasar-Galaxien-Paare ausfindig machen müssen, um auf dieses Beispiel zu stoßen.“ Das entspreche grob den Vorhersagen der Supercomputer-Simulationen.

Die Astronomen wollen nun etwa zehn ähnliche Beispiele für solche kalten Gasströme finden. Das würde noch wesentlich genauere Vergleiche der Beobachtungen mit den Vorhersagen numerischer Simulationen erlauben. Für die Suche nach weiteren Quasar-Galaxienpaaren nutzen die Forscher das Large Binocular Telescope in Arizona und das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile.

Ansprechpartner

Dr. Neil H. M. Crighton
Swinburne University of Technology, Australien
Telefon: +61 3 9214-5536
E-Mail: ncrighton@­swin.edu.au
Dr. Joseph F. Hennawi
Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg
Telefon: +49 6221 528-263
E-Mail: joe@­mpia.de
Dr. Markus Pössel
Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg
Telefon: +49 6221 528-261
E-Mail: pr@­mpia.de
Originalpublikation
N. H. M. Crighton et al.
Metal-Poor, Cool Gas in the Circumgalactic Medium of a z = 2.4 Star-Forming Galaxy: Direct Evidence for Cold Accretion?

Astrophysical Journal Letters

Dr. Markus Pössel | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7538586/galaxie_materiestroeme

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Drei Generationen an Sternen unter einem Dach
27.07.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Physiker designen ultrascharfe Pulse
27.07.2017 | Universität Innsbruck

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie