Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

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

23.09.2016

Untersuchungen mit dem Teleskopverbund ALMA haben dokumentiert, welches Rohmaterial seit der Frühzeit rund 2 Milliarden Jahre nach dem Urknall im Kosmos zur Verfügung stand. Die Beobachtungen unter der Leitung von Fabian Walter vom Max-Planck-Institut für Astronomie nahmen dazu das sogenannte Hubble Ultra Deep Field (HUDF) ins Visier, das erstmals 2003/2004 vom Weltraumteleskop Hubble bis ins Detail abgebildet wurde. Dies sind die ersten hochempfindlichen Beobachtungen des HUDF im Millimeterwellenbereich, die auch spektrale Informationen enthalten und die Galaxien zeigen können, deren Licht rund 11 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war.

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Tanz mit dem Feind
12.12.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Bose-Einstein-Kondensate können Gravitationswellen derzeit wohl kaum nachweisen
12.12.2018 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

Im Focus: New Foldable Drone Flies through Narrow Holes in Rescue Missions

A research team from the University of Zurich has developed a new drone that can retract its propeller arms in flight and make itself small to fit through narrow gaps and holes. This is particularly useful when searching for victims of natural disasters.

Inspecting a damaged building after an earthquake or during a fire is exactly the kind of job that human rescuers would like drones to do for them. A flying...

Im Focus: Neuartige Lasertechnik für chemische Sensoren in Mikrochip-Größe

Von „Frequenzkämmen“ spricht man bei speziellem Laserlicht, das sich optimal für chemische Sensoren eignet. Eine revolutionäre Technik der TU Wien erzeugt dieses Licht nun viel einfacher und robuster als bisher.

Ein gewöhnlicher Laser hat genau eine Farbe. Alle Photonen, die er abstrahlt, haben genau dieselbe Wellenlänge. Es gibt allerdings auch Laser, deren Licht...

Im Focus: Topological material switched off and on for the first time

Key advance for future topological transistors

Over the last decade, there has been much excitement about the discovery, recognised by the Nobel Prize in Physics only two years ago, that there are two types...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

ICTM Conference 2019 in Aachen: Digitalisierung als Zukunftstrend für den Turbomaschinenbau

12.12.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Januar und Februar 2019

11.12.2018 | Veranstaltungen

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Biofilme generieren ihre Nährstoffversorgung selbst

12.12.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Tanz mit dem Feind

12.12.2018 | Physik Astronomie

Künstliches Perlmutt nach Mass

12.12.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics