Sie sind da draußen. winzige, extrem schwache und unglaublich alte Zwerggalaxien mit so wenigen Sternen, dass Wissenschaftler sie als "Geistergalaxien" bezeichnen. Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA hat Bilder von drei dieser kleinen Brutgalaxien aufgenommen, in der Hoffnung, ein 13 Milliarden Jahre dauerndes Rätsel zu lösen.
Astronomen glauben, dass diese winzigen, geisterhaften Galaxien, die neben der Milchstraße entdeckt wurden, zu den ältesten, kleinsten und unberührtesten Galaxien im Universum gehören. Hubble-Ansichten zeigen, dass ihre Sterne dasselbe Geburtsdatum haben. Alle Galaxien begannen vor mehr als 13 Milliarden Jahren Sterne zu bilden, hörten dann aber innerhalb von nur einer Milliarde Jahren nach der Geburt des Universums abrupt auf.
"Diese Galaxien sind alle uralt und alle gleich alt. Sie wissen also, dass etwas wie eine Guillotine heruntergekommen ist und gleichzeitig die Sternentstehung in diesen Galaxien ausgeschaltet hat", sagte Tom Brown vom Space Telescope Science Institute in Baltimore Md., Der Leiter der Studie. "Die wahrscheinlichste Erklärung ist die Reionisierung."
Die Reionisierung des Universums begann in den ersten Milliarden Jahren nach dem Urknall. Während dieser Zeit schlug die Strahlung der ersten Sterne Elektronen von Wasserstoffatomen ab und ionisierte das Wasserstoffgas. Dieses Verfahren ermöglichte es auch, dass Wasserstoffgas für ultraviolettes Licht transparent wurde. Derselbe Prozess könnte auch die Sternentstehung in Zwerggalaxien, wie in Browns Studie, unterdrückt haben. Diese Galaxien sind winzige Cousins von sternbildenden Zwerggalaxien in der Nähe der Milchstraße. Und aufgrund ihrer geringen Größe von nur 2.000 Lichtjahren waren sie nicht massiv genug, um sich vor dem harten ultravioletten Licht des frühen Universums zu schützen, das ihnen die magere Versorgung mit Wasserstoffgas entzogen hatte und sie nicht in der Lage war, neue Sterne zu bilden.
Zusätzlich zur Reionierungstheorie schlugen die Astronomen viele Gründe für das Fehlen von Sternen in diesen Galaxien vor. Einige Wissenschaftler glaubten, dass interne Ereignisse wie Supernovae das zur Erzeugung neuer Sterne erforderliche Gas wegsprengten. Andere schlugen vor, dass die Galaxien einfach ihre Versorgung mit Wasserstoffgas zur Herstellung von Sternen verbrauchten.
Brown maß das Alter der Sterne anhand ihrer Helligkeit und Farben. Die Sternpopulationen in diesen fossilen Galaxien reichen von einigen hundert bis zu einigen tausend Sternen; einige sonnenähnliche, einige rote Zwerge und einige rote Sterne, die größer sind als unsere Sonne. Als Beweise zeigten, dass die Sterne tatsächlich uralt waren, bat Brown Hubbles Advanced Camera for Surveys um Hilfe, um tief in sechs Galaxien zu graben und festzustellen, wann sie geboren wurden. Bisher hat das Team die Datenanalyse für drei abgeschlossen. Herkules, Leo IV. Und Ursa Major. Die Galaxien liegen zwischen 330.000 Lichtjahren und 490.000 Lichtjahren. Zum Vergleich verglich Brown die Sterne der Galaxien mit denen in M92, einem 13 Milliarden Jahre alten Kugelsternhaufen, der sich etwa 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Er fand heraus, dass sie gleich alt sind.
"Dies sind die Fossilien der frühesten Galaxien im Universum", sagte Brown. "Sie haben sich in Milliarden von Jahren nicht verändert. Diese Galaxien unterscheiden sich von den meisten nahe gelegenen Galaxien, die eine lange Geschichte der Sternentstehung haben. “
Browns Entdeckung könnte helfen, das sogenannte "Problem des fehlenden Satelliten" zu erklären. Astronomen haben nur ein paar Dutzend Zwerggalaxien rund um die Milchstraße beobachtet, während Computersimulationen vorhersagen, dass Tausende existieren sollten. Aber vielleicht existieren sie. Die Sloan-Umfrage ergab, dass mehr als ein Dutzend winzige Galaxien mit Sternenmangel in der Nachbarschaft der Milchstraße gefunden wurden, während nur ein Teil des Himmels gescannt wurde. Astronomen glauben, dass Dutzende weiterer extrem schwacher Galaxien unentdeckt lauern könnten, mit der Möglichkeit, dass Tausende noch kleinerer Zwerge praktisch keine Sterne enthalten.
Die winzigen Galaxien mögen sternentzogen sein, aber sie haben immer noch eine Fülle dunkler Materie, das Gerüst, auf dem Galaxien aufgebaut sind. Normale Zwerggalaxien in der Nähe der Milchstraße enthalten zehnmal mehr dunkle Materie als gewöhnliche sichtbare Materie. Brown erklärt, dass diese winzigen Galaxien heute Inseln größtenteils dunkler Materie sind, die seit Milliarden von Jahren nicht mehr gesehen wurden, bis Astronomen sie in der Sloan-Umfrage fanden.
Browns Ergebnisse erscheinen in der Ausgabe vom 1. Juli der Astrophysical Journal Letters.
Bildunterschrift 1: Diese Hubble-Bilder zeigen die dunkle, sternenhungrige Zwerggalaxie Leo IV. Das Bild links zeigt einen Teil der Galaxie, der durch das weiße rechteckige Kästchen umrandet ist. Die Box ist 83 Lichtjahre breit und 163 Lichtjahre lang. Die wenigen Sterne in Leo IV gehen inmitten benachbarter Sterne und entfernter Galaxien verloren. Eine Nahansicht der Hintergrundgalaxien innerhalb der Box ist im mittleren Bild dargestellt. Das Bild rechts zeigt nur die Sterne in Leo IV. Die Galaxie, die mehrere tausend Sterne enthält, besteht aus sonnenähnlichen Sternen, schwächeren roten Zwergsternen und einigen roten Riesensternen, die heller als die Sonne sind. Bildnachweis: NASA, ESA und T. Brown (STScI)
Bildunterschrift 2: Diese Computersimulationen zeigen einen Schwarm dunkler Materieklumpen um unsere Milchstraße. Einige der Konzentrationen der Dunklen Materie sind massiv genug, um die Sternentstehung auszulösen. Tausende von Klumpen dunkler Materie existieren neben unserer Milchstraßengalaxie, die in der Mitte der oberen Tafel dargestellt ist. Die grünen Flecken im mittleren Feld sind die dunklen Materiestücke, die massiv genug sind, um Gas aus dem intergalaktischen Medium zu gewinnen und eine fortlaufende Sternentstehung auszulösen, die schließlich Zwerggalaxien erzeugt. Im unteren Bereich sind die roten Blobs ultraschwache Zwerggalaxien, die vor langer Zeit keine Sterne mehr bilden. Brown und J. Tumlinson (STScI)
