Galaxien waren vor langer, langer Zeit sehr fruchtbar; Sie haben Sterne mit einer Geschwindigkeit geboren, die mindestens zehnmal so hoch ist wie die, die wir heute sehen.
Warum? Gab es damals mehr Zeug, um Sterne zu machen? Oder waren Galaxien damals effizienter bei der Sternentstehung? Oder etwas anderes??
Dr. Linda Tacconi vom deutschen Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik führte ein internationales Team von Astronomen an, um herauszufinden, warum ... und die Antwort scheint zu sein, dass junge Galaxien mit Gas in die Kiemen gestopft wurden.
"Wir konnten zum ersten Mal das kalte molekulare Gas in normalen sternbildenden Galaxien nachweisen und abbilden, die für die typischen massiven Galaxienpopulationen kurz nach dem Urknall repräsentativ sind", sagte Dr. Tacconi.
Die herausfordernden Beobachtungen geben den ersten Einblick, wie Galaxien, genauer gesagt das kalte Gas in diesen Galaxien, nur 3 bis 5 Milliarden Jahre nach dem Urknall aussahen (entspricht einer kosmologischen Rotverschiebung von z ~ 2 zu z ~ 1). In diesem Alter scheinen Galaxien mehr oder weniger kontinuierlich Sterne gebildet zu haben, mit mindestens der zehnfachen Rate, die in ähnlichen Massensystemen im lokalen Universum beobachtet wird.
Es ist mittlerweile hinreichend bekannt, dass Galaxien aus Protogalaxien gebildet wurden, die sich selbst in lokalen Überdichten bildeten und von kalter dunkler Materie - Halos aus dunkler Materie - dominiert wurden, in denen sich der neu neutrale Wasserstoff und das Helium sammelten und abkühlten. Durch Kollisionen und Fusionen und einige andauernde Gasansammlungen bildeten die Protogalaxien wenige Milliarden Jahre nach dem Urknall junge Galaxien - kurz, hierarchische Formation.
Detaillierte Beobachtungen des Kaltgases und seiner Verteilung und Dynamik spielen eine Schlüsselrolle bei der Entflechtung der komplexen Mechanismen, die für die Umwandlung der ersten Protogalaxien in moderne Galaxien wie die Milchstraße verantwortlich sind. Eine umfassende Untersuchung entfernter, leuchtender sternbildender Galaxien am Millimeter-Interferometer Plateau de Bure hat nun zu einem Durchbruch geführt, indem ein direkter Blick auf die Sternentstehung „Nahrung“ geworfen wurde. Die Studie nutzte die jüngsten Fortschritte bei der Empfindlichkeit der Radiometer am Observatorium, um die erste systematische Untersuchung der Kaltgaseigenschaften (verfolgt durch eine Rotationslinie des Kohlenmonoxidmoleküls) normaler massereicher Galaxien durchzuführen, als das Universum 40% betrug ( z = 1,2) und 24% (z = 2,3) seines aktuellen Alters. Frühere Beobachtungen beschränkten sich weitgehend auf seltene, sehr leuchtende Objekte, einschließlich Galaxienfusionen und Quasare. Die neue Studie verfolgt stattdessen massive sternbildende Galaxien, die für die „normale“ durchschnittliche Galaxienpopulation in diesem Massen- und Rotverschiebungsbereich repräsentativ sind.
„Als wir vor etwa einem Jahr mit dem Programm begannen“, sagt Dr. Tacconi, „konnten wir nicht sicher sein, ob wir überhaupt etwas entdecken würden. Die Beobachtungen waren jedoch über unsere optimistischsten Hoffnungen hinaus erfolgreich. Wir konnten zeigen, dass massive normale Galaxien bei z ~ 1,2 und z ~ 2,3 fünf- bis zehnmal mehr Gas hatten als im lokalen Universum. Angesichts der Tatsache, dass diese Galaxien über lange Zeiträume mit hoher Geschwindigkeit Gas bildeten, bedeutet dies, dass das Gas in ausgezeichneter Übereinstimmung mit den jüngsten theoretischen Arbeiten kontinuierlich durch Akkretion aus den Halos der dunklen Materie nachgefüllt worden sein muss. “
Ein weiteres wichtiges Ergebnis dieser Beobachtungen sind die ersten räumlich aufgelösten Bilder der Kaltgasverteilung und -bewegungen in mehreren Galaxien. "Diese Umfrage hat die Tür für eine völlig neue Möglichkeit geöffnet, die Entwicklung von Galaxien zu untersuchen", sagt Pierre Cox, der Direktor von IRAM. "Das ist wirklich aufregend und es kommt noch viel mehr."
„Diese faszinierenden Ergebnisse liefern uns wichtige Hinweise und Einschränkungen für theoretische Modelle der nächsten Generation, mit denen wir die frühen Phasen der Galaxienentwicklung genauer untersuchen werden“, sagt Andreas Burkert, Spezialist für Sternentstehung und Galaxienentwicklung bei Germany's Excellence Cluster-Universum. "Letztendlich werden diese Ergebnisse helfen, den Ursprung und die Entwicklung unserer Milchstraße zu verstehen."
Über das Bild EGS 1305123: Räumlich aufgelöste optische Bilder und Millimeterbilder einer typischen massiven Galaxie bei Rotverschiebung z = 1,1 (5,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall). Das linke Bild wurde mit dem Hubble-Weltraumteleskop im V- und I-optischen Band im Rahmen der AEGIS-Untersuchung entfernter Galaxien aufgenommen. Das rechte Bild ist eine Überlagerung der CO 3-2 -Emission, die mit dem PdBI (rot / gelbe Farben) auf dem I-Bild (grau) beobachtet wurde. Zum ersten Mal zeigen diese Beobachtungen deutlich, dass die molekulare Linienemission und das optische Licht von massiven Sternen eine massive, rotierende Scheibe mit einem Durchmesser von ~ 60.000 Lichtjahren verfolgen. Diese Scheibe hat eine ähnliche Größe und Struktur wie z ~ 0-Scheibengalaxien wie die Milchstraße. Die Masse an kaltem Gas in dieser Scheibe ist jedoch um eine Größenordnung größer als in typischen z ~ 0-Scheibengalaxien. Dies erklärt, warum sich Galaxien mit hohem z kontinuierlich mit der zehnfachen Geschwindigkeit typischer z ~ 0-Galaxien bilden können.
Quellen: Max-Planck-Institut für außerirdische Physik, Tacconi et al. (2010), Nature 463, 781 (Preprint: arXiv: 1002.2149)
