Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Geschichte der Sternentstehung auf kosmischen Skalen: Sternen-Rohmaterial in fernen Galaxien

nächste Meldung

Schon seit kurz nach dem Urknall haben Galaxien in unserem Kosmos neue Sterne gebildet. Allerdings hat sich die Gesamt-Sternentstehungsrate über die Milliarden Jahre durchaus verändert, und in einigen Epochen war unser Kosmos ungleich produktiver als in anderen.

Das Hubble Ultra Deep Field (HUDF): für ALMA eine Fundgrube von Galaxien, die reich an Kohlenmonoxid sind (orange) und damit Potenzial für Sternentstehung haben

Bild: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble

Auf der Spur dieser Geschichte haben Fabian Walter vom Max-Planck-Institut für Astronomie und seine Kollegen sich daran gemacht, mithilfe des ALMA-Observatoriums herauszufinden, wie viel an Rohmaterial für die Sternentstehung, sprich: wie viel molekularer Wasserstoff den Galaxien zu unterschiedlichen Epochen denn überhaupt zur Verfügung stand. Die Astronomen haben dazu eine der am besten untersuchten Himmelsregionen überhaupt beobachtet: das Hubble Ultra Deep Field (HUDF).

Dort haben sie unter anderem nach dem charakteristischen Licht gesucht, das die Anwesenheit von Kohlenstoffmonoxid verrät. Wo Kohlenstoffmonoxid, da auch molekularer Wasserstoff – das lässt sich sogar quantitativ formulieren, so dass Astronomen aus der Menge an nachgewiesenem Kohlenstoffmonoxid auf die Menge an molekularem Wasserstoff schließen können.

Da Sterne entstehen, wenn dichte Wolken aus molekularem Wasserstoff kollabieren, hängt die Sternentstehungsrate direkt mit der Verfügbarkeit von molekularem Wasserstoff, dem Rohmaterial für die Sternentstehung, zusammen.

Bislang haben Sternen-Historiker allerdings nicht das Rohmaterial, sondern andere Indikatoren ausgewertet, um Sternentstehungsraten zu bestimmen – insbesondere Licht bei charakteristischen Frequenzen, das ausgestrahlt wird, wenn Molekülwolken kollabieren, sich dabei aufheizen, und die Hitze in Form ganz bestimmter Spektrallinien abstrahlen.

Derartige Studien zeigen interessante Trends bei der Sternentstehung. In der Vergangenheit haben Galaxien insgesamt deutlich mehr Sterne produziert als heutzutage. Tatsächlich geht die Sternentstehungsrate (als Maß für diese Produktivität) seit einer Blütezeit rund drei bis 6 Milliarden Jahre nach dem Urknall stetig zurück. Während der Phase maximaler Produktivität wurde pro Jahr rund 10 Mal mehr Wasserstoff zu Sternen als zur Jetztzeit.

Die Hintergründe dieser Langzeitentwicklung sind derzeit noch unklar. Aber die neuen Beobachtungen können unserem Wissen über die Geschichte der Sternentstehung ein wichtiges Puzzleteil hinzufügen: Die Menge an molekularem Wasserstoff, die zu gegebener Zeit in Galaxien für die Sternentstehung zur Verfügung steht.

"Unsere neuen ALMA-Ergebnisse legen nahe: Je weiter wir in die Vergangenheit zurückblicken, umso mehr Gas finden wir in den Galaxien, die wir sehen" sagt Manuel Aravena, Astronom an der Universidad Diego Portales in Santiago in Chile und der Ko-Leiter des Astronomenteams. "Diese Zunahme an Gasgehalt dürfte der Grund für die beachtliche Zunahme der Sternentstehungsraten sein, die während des Höhepunkts der Galaxienentstehung vor rund 10 Milliarden Jahre einsetzte."

"Die kohlenstoffmonoxid-reichen Galaxien, die wir gefunden haben, leisten einen beachtlichen Beitrag zur gesamten Sternentstehungsgeschichte unseres Kosmos", sagt Roberto Decarli, Astronom am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und Mitglied des Forscherteams. "Mit ALMA steht uns jetzt ein neuer Weg offen, die frühe Entstehung und Entwicklung von Galaxien im Hubble Ultra Deep Field zu untersuchen."

Die Fragen danach, wie all dies im Detail funktioniert und welche Faktoren die Verfügbarkeit (oder eben nicht) molekularen Wasserstoffs beeinflussen, sind Leitfragen des großangelegten Beobachtungsprogramms (Large Observation Programs) mit ALMA, das Walter und seine Kollegen gerade bewilligt bekommen haben. Bei der Bewilligung haben auch die jetzt veröffentlichten Resultate eine Rolle gespielt. Fabian Walter sagt: "Die genauen Hintergründe der Geschichte der kosmischen Sternentstehung müssen wir erst noch verstehen. Unser jetzt bewilligtes ALMA Large Program wird die fehlenden Informationen über das Rohmaterial der Sternentstehung für Galaxien im berühmten Hubble Ultra Deep Field liefern. Das sind wichtige weitere Puzzlestücke für das Rätsel der Sternentstehung in unserem Universum."

Hintergrundinformationen

Die hier geschilderten Ergebnisse gehören zum ersten Teil des ASPECS-Projekts (The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field). Die Forscher präsentieren sie heute, am 22. September auf der Konferenz "Half a Decade of ALMA" in Palm Springs, Kalifornien. Die Ergebnisse sind außerdem als Serie von sieben Fachartikeln zur Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal akzeptiert:
Walter F., Decarli R., Aravena M., et al. 2016: "ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey Description", accepted for publication in ApJ

Aravena M., Decarli R., Walter F., et al. 2016: "ALMA spectroscopic survey in the Hubble Ultra Deep Field: Continuum number counts, resolved 1.2-mm extragalactic background, and properties of the faintest dusty star forming galaxies", accepted for publication in ApJ

Decarli R., Walter F., Aravena M., et al. 2016: "ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular gas reservoirs in high-redshift galaxies", accepted for publication in ApJ

Decarli R., Walter F., Aravena M., et al. 2016: "ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular gas reservoirs in high-redshift galaxies", accepted for publication in ApJ

Aravena M., Decarli R., Walter F., et al. 2016: "ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for [CII] line and dust emission in 6<z<8 galaxies", accepted for publication in ApJ

Bouwens R., Aravena M., Decarli R., et al. 2016: "ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: The Infrared Excess of UV-selected z=2-10 galaxies as a function of UV-continuum Slope and Stellar Mass", accepted for publication in ApJ

Carilli C., Chluba J., Decarli R., et al. 2016: "ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: implications for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions", accepted for publication in ApJ

Weitere Informationen:

http://www.mpia.de/aktuelles/wissenschaft/2016-11-alma-udf - Online-Pressemitteilung mit ausführlicher Schilderung und weiteren Bildern
https://www.eso.org/public/germany/news/eso1633/ - Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (ESO)

Dr. Markus Pössel | Max-Planck-Institut für Astronomie

nächste Meldung

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...