Massive Galaxien im frühen Universum bildeten Sterne viel schneller als heute - das entspricht tausend neuen Sonnen pro Jahr. Diese Rate erreichte ihren Höhepunkt 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall und nach 6 Milliarden Jahren hatten Galaxien die meisten ihrer Sterne erschaffen.
Neue Beobachtungen vom Hubble-Weltraumteleskop zeigen, dass selbst Zwerggalaxien - die kleinen, massearmen Cluster von mehreren Milliarden Sternen - schnell Sterne produzierten und eine größere Rolle spielten als in der frühen Geschichte des Universums erwartet.
Heutzutage neigen wir dazu, Zwerggalaxien zu sehen, die sich an größere Galaxien klammern oder manchmal darin verschlungen sind, anstatt nur als lodernde Ansammlungen von Sternen zu existieren. Aber Astronomen haben vermutet, dass Zwerge im frühen Universum Sterne schnell umdrehen könnten. Das Problem ist, dass die meisten Bilder nicht scharf genug sind, um die schwachen, weit entfernten Galaxien zu enthüllen, die wir beobachten müssen.
"Wir hatten bereits den Verdacht, dass Zwerg-Starburst-Galaxien zur frühen Welle der Sternentstehung beitragen würden, aber dies ist das erste Mal, dass wir den Effekt messen konnten, den sie tatsächlich hatten", sagte der Hauptautor Hakim Atek von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in einer Pressemitteilung. "Sie scheinen während der Epoche, in der das Universum die meisten seiner Sterne bildete, eine überraschend wichtige Rolle gespielt zu haben."
Frühere Studien zu Starburst-Galaxien im frühen Universum waren auf massive Galaxien ausgerichtet, wobei die große Anzahl von Zwerggalaxien, die zu dieser Zeit existierten, weggelassen wurde. Dank der hochempfindlichen Funktionen von Hubbles Weitfeldkamera 3 können Astronomen nun auf Zwerggalaxien mit geringer Masse im fernen Universum blicken.
Atek und Kollegen untersuchten 1000 Galaxien von ungefähr drei Milliarden Jahren bis zehn Milliarden Jahren nach dem Urknall. Sie durchsuchten ihre Daten auf der Suche nach der H-Alpha-Linie: einer tiefroten sichtbaren Spektrallinie, die auftritt, wenn ein Wasserstoffelektron von seinem drittniedrigsten auf das zweitniedrigste Energieniveau fällt.
In sternbildenden Regionen wird das umgebende Gas durch Strahlung der neu gebildeten Sterne kontinuierlich ionisiert. Sobald das Gas ionisiert ist, können sich der Kern und das entfernte Elektron rekombinieren, um ein neues Wasserstoffatom zu bilden, wobei sich das Elektron typischerweise in einem Zustand höherer Energie befindet. Dieses Elektron kaskadiert dann zurück in den Grundzustand, ein Prozess, der etwa die Hälfte der Zeit eine H-Alpha-Emission erzeugt.
Die H-Alpha-Linie ist also eine effektive Sonde für die Sternentstehung, und die Helligkeit der H-Alpha-Linie (die viel einfacher zu erkennen ist als das schwache, fast unsichtbare Kontinuum) ist eine effektive Sonde für die Sternentstehungsrate. Anhand dieser einzelnen Zeile stellten Attek und Kollegen fest, dass die Geschwindigkeit, mit der sich Sterne in frühen Zwergen einschalten, überraschend hoch ist.
"Diese Galaxien bilden so schnell Sterne, dass sie tatsächlich ihre gesamte Masse an Sternen in nur 150 Millionen Jahren verdoppeln könnten - diese Art der Zunahme der Sternmasse würde die meisten normalen Galaxien 1-3 Milliarden Jahre dauern", sagte Co-Autor Jean-Paul Kneib, ebenfalls von der EPFL.
Das Team weiß noch nicht, warum diese kleinen Galaxien so viele Sterne produzieren. Im Allgemeinen wird angenommen, dass Sternentstehungsschübe auf etwas chaotische Ereignisse wie galaktische Fusionen oder den Schock einer Supernova folgen. Indem Astronomen diese Zwerggalaxien weiter untersuchen, hoffen sie, Licht in die galaktische Evolution zu bringen und ein konsistentes Bild der Ereignisse im frühen Universum zu zeichnen.
Das Papier wurde heute im Astrophysical Journal veröffentlicht und kann hier eingesehen werden. Der neueste Hubblecast (unten) behandelt auch dieses aufregende Ergebnis.
