Bild aus der SARDS-Studie. Quelle: SARDS-Forschungsteam
Neue Bilder haben detaillierte Hinweise auf die Entstehung der ersten Sterne und Strukturen im Universum enthüllt und deuten darauf hin, dass die Entstehung der Galaxie wechselhaft begann.
Ein internationales Astronomenteam der University of Nottingham und des Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) nutzte Daten der Hubble Weltraumteleskop (HST) und dem Gran Telescopio Canarias (GTC), den sogenannten Frontier Fields, um einige der kleinsten lichtschwächsten Galaxien im nahen Universum zu lokalisieren und zu untersuchen. Dies hat gezeigt, dass die Entstehung der Galaxie wahrscheinlich unbeständig war. Die ersten Ergebnisse wurden gerade in der Zeitschrift veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society (MNRAS).
Eine der interessantesten Fragen, die Astronomen seit Jahrzehnten zu beantworten versuchen, ist, wie und wann die ersten Galaxien entstanden sind. Was das Wie betrifft, so besteht eine Möglichkeit darin, dass die Bildung der ersten Sterne innerhalb von Galaxien in einem stetigen Tempo begann und langsam ein immer massereicheres System aufbaute. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Bildung heftiger und diskontinuierlicher war, mit intensiven, aber kurzlebigen Ausbrüchen von Sternentstehung, die durch Ereignisse wie Verschmelzungen und verstärkte Gasakkretion ausgelöst wurden.
„Galaxienentstehung kann mit einem Auto verglichen werden“, erklärt Pablo G. Pérez-González, einer der Co-Autoren des Artikels, der dem Centro de Astrobiología (CAB/CSIC-INTA) angegliedert ist Spanien, und Hauptforscher der internationalen Zusammenarbeit hinter dieser Studie. „Die ersten Galaxien verfügten möglicherweise über einen ‚Diesel‘-Motor zur Sternentstehung, der langsam, aber kontinuierlich neue Sterne anhäufte, ohne große Beschleunigung, und Gas über lange Zeiträume sanft in relativ kleine Sterne verwandelte.“ Oder die Entstehung könnte ruckartig verlaufen sein, mit Ausbrüchen der Sternentstehung, die unglaublich große Sterne hervorbringen, die die Galaxie stören und dazu führen, dass sie ihre Aktivität für eine Weile oder sogar für immer einstellt. Jedes Szenario ist mit unterschiedlichen Prozessen verbunden, etwa mit Galaxienverschmelzungen oder dem Einfluss supermassereicher Schwarzer Löcher, und sie haben Einfluss darauf, wann und wie sich der für unser Leben lebenswichtige Kohlenstoff oder Sauerstoff gebildet hat.“
Unter Verwendung der Gravitationslinsenstärke einiger der massereichsten Galaxienhaufen des Universums mit den außergewöhnlichen GTC-Daten aus einem Projekt mit dem Titel Survey for high-z Red and Dead Sources (SHARDS) suchten die Astronomen nach nahegelegenen Analoga der allerersten Galaxien, die in das Universum, so dass sie viel genauer untersucht werden könnten.
Dr. Alex Griffiths von der University Nottingham war einer der leitenden britischen Forscher an der Studie, erklärt er: „Bis wir das neue James Webb-Weltraumteleskop haben, können wir die ersten jemals gebildeten Galaxien nicht beobachten, sie sind einfach zu lichtschwach. Also haben wir im nahegelegenen Universum nach ähnlichen Bestien gesucht und sie mit den leistungsstärksten Teleskopen, die wir derzeit haben, seziert.“
Die Forscher kombinierten die Kraft der fortschrittlichsten Teleskope wie HST und GTC mit Hilfe von „Naturteleskopen“. Professor Chris Conselice von der University of Manchester ist Co-Autor der Studie und sagte: „Einige Galaxien leben in großen Gruppen, sogenannten Clustern, die riesige Massen in Form von Sternen, aber auch Gas und . enthalten Dunkle Materie. Ihre Masse ist so groß, dass sie die Raumzeit verbiegen und wie natürliche Teleskope wirken. Wir nennen sie Gravitationslinsen und sie ermöglichen es uns, schwache und weit entfernte Galaxien mit erhöhter Helligkeit und höherer räumlicher Auflösung zu sehen.“
Die Beobachtung einiger dieser massiven Cluster, die als Gravitationsteleskope fungieren, ist die Grundlage der Frontier Field-Durchmusterung. Die Studie zeigte, dass die Entstehung der Galaxie wahrscheinlich ein stockendes Vorgehen mit Aktivitätsausbrüchen und anschließenden Ruhepausen war. Dr. Griffiths von der Universität Nottingham sagte: „Unser Hauptergebnis ist, dass der Beginn der Galaxienbildung unbeständig ist, wie ein ruckelnder Automotor, mit Perioden verstärkter Sternentstehung, gefolgt von schläfrigen Intervallen.“ Es ist unwahrscheinlich, dass Galaxienverschmelzungen eine wesentliche Rolle bei der Auslösung dieser Ausbrüche der Sternentstehung gespielt haben, und es ist wahrscheinlicher, dass es auf alternative Ursachen zurückzuführen ist, die die Gasakkretion verstärken, was wir tun müssen search für diese Alternativen.
„Wir konnten diese Objekte aufgrund der hochwertigen Shards-Daten in Verbindung mit Bilddaten des Hubble-Weltraumteleskops finden, um heißes Gas zu erkennen, das von neu gebildeten Sternen in sehr kleinen Galaxien erhitzt wird. Dieses heiße Gas emittiert in bestimmten Wellenlängen, den wir Emissionslinien nennen, genau wie Neonlicht. Die Analyse dieser Emissionslinien kann einen Einblick in die Entstehung und Entwicklung einer Galaxie geben.“
„Die mit GTC durchgeführten SHARDS-Frontier-Fields-Beobachtungen haben die tiefsten Daten geliefert, die jemals zur Entdeckung von Zwerggalaxien durch ihre Emissionslinien gemacht wurden, was es uns ermöglicht, Systeme mit kürzlich ausgelöster Sternentstehung zu identifizieren“, fügt Pérez-González, einer der Co-Autoren von das Paper und Principal Investigator des GTC SARDS Frontier Fields-Projekts.
Referenz: „Emission Line Galaxies in the SHARDS Frontier Fields I: Candidate Selection and the Discovery of Bursty Ha Emitters“ 20. Oktober 2021, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stab2566
