Vergleich der stellaren Bewegungen einer „jungen“ Galaxie (oben) und einer „alten“ Galaxie (unten). (Bildnachweis: Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program)
Je weiter eine Galaxie entwickelt ist, desto chaotischer sind die kollektiven Bahnen ihrer vielen Sterne, wie neue Forschungsergebnisse zeigen, die ein wichtiges Detail über das Altern von Galaxien beantworten.
Unsere Sonne umkreist das Zentrum der Milchstraßengalaxie einmal alle 225 Millionen Jahre mit einer Geschwindigkeit von durchschnittlich 828.000 km/h. Astronomen nennen dies ein „galaktisches Jahr“. Die Bahn der Sonne um die Galaxie ist fast kreisförmig, obwohl sie relativ zur Ebene der Galaxie etwas auf und ab wackelt.
In anderen Galaxien sind die Bewegungen der Sterne jedoch in höherem Maße zufällig, da ihre Bahnen eine Vielzahl von Geschwindigkeiten und Winkeln relativ zur Ebene ihrer Galaxie annehmen. Bei elliptischen Galaxien ist dies oft leicht zu erklären: Es ist das Ergebnis einer großen Galaxienverschmelzung, die die elliptische Galaxie gebildet und alle Sterne wie ein Hornissennest aufgewirbelt hat. Aber auch in Scheibengalaxien können diese zufälligen Bewegungen vorherrschen. Das ist seltsam, denn die Sterne in einer Scheibengalaxie bilden sich in einer schmalen, gasreichen Ebene, der so genannten „dünnen Scheibe“. Unsere Milchstraßengalaxie hat in der Tat eine dünne Scheibe, in der sich unsere Sonne und die meisten mit bloßem Auge sichtbaren Sterne am Nachthimmel befinden. Es ist die Bewegung dieser Sterne und Gaswolken, die die scheinbare Rotation einer Galaxie bewirkt.
Die Sterne in der dünnen Scheibe bewegen sich mehr oder weniger kreisförmig um eine Galaxie, wobei sie sich aufgrund von Kollisionen zwischen den molekularen Gaswolken, aus denen diese Sterne entstanden sind, in geordneter Weise bewegen. Dadurch werden extreme Bewegungen verwischt und die so genannte „Geschwindigkeitsdispersion“, die den Unterschied zwischen den schnellsten und den langsamsten Bahngeschwindigkeiten beschreibt, wird kleiner. Bei einer niedrigen Geschwindigkeitsdispersion sollten sich die meisten Sterne auf kreisförmigen Bahnen bewegen, während eine hohe Geschwindigkeitsdispersion zu eher zufälligen Bahnen führt.
Vorangegangene Studien haben ergeben, dass die Masse einer Galaxie und die Dichte ihrer Umgebung mit benachbarten Galaxien eine Rolle bei der Steuerung der Neigung zu zufälligen Sternbewegungen spielen können. Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung australischer Astronomen zeigen jedoch, dass Masse und Umgebung nicht der direkte Grund für die zufälligen Bewegungen sind, sondern dass die wahre Ursache etwas Heimtückischeres ist: das Alter.
Das „Alter“ einer Galaxie beschreibt nicht unbedingt, wie lange diese Galaxie schon existiert; man geht davon aus, dass sich alle Galaxien ungefähr in der gleichen Zeit, vor etwa 13 Milliarden Jahren, gebildet haben. Vielmehr ist das Alter in diesem Fall ein Zustand, der sich direkt auf die Sternentstehungsaktivität einer Galaxie bezieht. Eine Galaxie, in der noch neue Sterne entstehen, gilt als „jung“, während eine Galaxie, in der die Sternentstehung zum Stillstand gekommen ist, als „alt“ bezeichnet wird.
Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter
Die neuesten Nachrichten aus dem Weltraum, die neuesten Updates zu Raketenstarts, Himmelsbeobachtungen und mehr!
Durch die Übermittlung Ihrer Daten erklären Sie sich mit den Allgemeinen Geschäftsbedingungen und der Datenschutzrichtlinie einverstanden und sind mindestens 16 Jahre alt.
„Als wir die Analyse durchführten, stellten wir fest, dass das Alter … immer der wichtigste Parameter ist“, sagte Scott Croom von der Universität Sydney, der die Forschung leitete, in einer Presseerklärung. „Sobald man das Alter berücksichtigt, gibt es im Wesentlichen keinen Umwelttrend mehr, und bei der Masse verhält es sich ähnlich. Wenn man eine junge Galaxie findet, wird sie rotieren, egal in welcher Umgebung sie sich befindet, und wenn man eine alte Galaxie findet, wird sie mehr zufällige Bahnen haben, egal ob sie sich in einer dichten Umgebung oder in einer Leere befindet.“
Alter und Umgebung – und Umgebung und Galaxienmasse – sind jedoch miteinander verbunden. Zum Beispiel neigen Galaxien in einer dichteren Umgebung dazu, mehr Kollisionen und Verschmelzungen mit anderen Galaxien zu erleben und dadurch schneller an Masse zuzunehmen.
Darüber hinaus „wissen wir, dass das Alter von der Umgebung beeinflusst wird“, sagt Jesse van de Sande, Mitglied des Teams und ebenfalls von der University of Sydney. „Wenn eine Galaxie in eine dichte Umgebung fällt, neigt sie dazu, die Sternbildung zu unterbrechen. Galaxien in dichteren Umgebungen sind also im Durchschnitt älter.“
Eine schematische Darstellung unserer Milchstraßengalaxie von der Seite gesehen, die die dünnen und dicken Scheiben und die Position der Sonne zeigt. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt/SSC)
Es gibt zwei Möglichkeiten, wie die Sternentstehung in einer Galaxie zum Stillstand kommen kann. Zum einen durch ein Phänomen, das als „Staudruck-Stripping“ bekannt ist: Das dicke, heiße Gas, das Galaxienhaufen bewohnt, ist in der Lage, das Gas einer Galaxie zu erhitzen, wenn es in den Haufen eindringt. Dies führt dazu, dass das Gas aus der Galaxie herausgezogen wird, so dass sie kein Material mehr hat, um neue Sterne zu bilden.
In dichten Umgebungen können Gravitationswechselwirkungen zwischen nahegelegenen Galaxien auch das Gas einer Galaxie aufwirbeln und sie in einen Rausch der Sternentstehung versetzen, der „Starburst“ genannt wird. Rückkopplungen in Form von Strahlung von heißen, neu geborenen Sternen in einem Starburst oder von Jets, die von einem aktiven supermassiven Schwarzen Loch ausgehen, das sich dank einer großen Menge an Materie, die durch die Wechselwirkungen in seinen Schlund geschleudert wurde, eingeschaltet hat, können das Gas in einer Galaxie aufheizen und es in den intergalaktischen Raum blasen, wodurch es an der Sternbildung gehindert wird.
Das Team von
Croom und van de Sande kommt zu dem Schluss, dass die zufälligen Sternbewegungen in älteren Galaxien auf eine Kombination von altersbedingten Effekten zurückgeführt werden können. Einer davon ist, dass Sterne, die „heißer“ geboren werden (was bedeutet, dass sie zu energiereich sind, um langweilige kreisförmige Bahnen einzunehmen), schon früh im Leben einer Galaxie entstehen, gefolgt von Rückkopplungen, die dazu führen, dass weitere Sternentstehungen schnell unterdrückt werden, bevor die Galaxie die Chance hat, eine dünne Scheibe mit Sternen mit einer geringeren Geschwindigkeitsdispersion zu bilden.
Unsere Milchstraßengalaxie war anscheinend eine der Glücklichen. Ihr dünnes Scheibchen hat ein geschätztes Alter von 8,8 Milliarden Jahren. Diese dünne Scheibe, die etwa 350 Lichtjahre tief ist, ist in eine „dicke Scheibe“ eingebettet, die ein viel älterer Torus aus alten Sternen ist. Diese Sterne wurden heißer und mit mehr Zufallsbewegungen geboren, was dazu beiträgt, dass die dicke Scheibe 1.000 Lichtjahre tief ist, da diese Zufallsbewegungen in einem steileren Winkel zur galaktischen Ebene verlaufen.
Die Schlussfolgerungen des Teams von Croom und van de Sande basieren auf Beobachtungen von 3.000 Galaxien unterschiedlichen Alters, unterschiedlicher Masse und in verschiedenen Umgebungen, die alle mit dem SAMI (Sydney-AAO Multi-object Integral field spectrograph) Galaxy Survey am Anglo-Australian Telescope des Siding Spring Observatory in Australien durchgeführt wurden. Die Ergebnisse wurden am 3. April in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
