Starburst-Galaxien im fernen - und jungen - Universum: Diese weit entfernten Galaxien werden auch als Submillimeter-Galaxien bezeichnet. Wegen der extrem großen Entfernung wurde das infrarote Licht, das durch die Sternbildung aufgeheizte Staubkörner in den Galaxien abgeben, zu noch größeren Wellenlängen hin rotverschoben. Daher sind diese staubreichen Galaxien am besten im Submillimeterbereich zu beobachten.
Als das Universum erst jugendliche 3,7 Milliarden Jahre alt war, kam es zu einer geradezu explosionsartigen Zunahme von Sternen. Dieses regelrechte Feuerwerk, während dessen sich die die Gesamtmasse aller Sterne nahezu verdoppelte, dauerte nur rund 100 Millionen Jahre - und endete dann plötzlich. Warum die Sternenfabriken unvermittelt ihre Arbeit einstellten, war lange Zeit ein Rätsel. Aktuelle Beobachtungen könnten nun den Schuldigen für diese Entwicklung identifiziert haben: Die Forscher tippen auf Schwarze Löcher.
Astronomen kombinierten Daten der LABOCA-Kamera am 12-Meter-Submillimeterteleskop APEX (Atacama Pathfinder Experiment), das von der ESO betrieben wird, mit Messungen des Very Large Telescope der ESO, des Spitzer-Infrarotobservatoriums der NASA und anderer Teleskope, um herauszufinden, wie weit entfernte und leuchtkräftige Galaxien - sogenannte Submillimeter-Galaxien - zu Gruppen und Galaxienhaufen zusammengefunden haben.
Je dichter die Galaxien in Gruppen oder Haufen konzentriert sind, umso massereicher sind ihre sogenannten Halos aus Dunkler Materie - weitgehend strukturlose Wolken, die Galaxien durchziehen und umschließen, für den überwiegenden Teil ihrer Gesamtmasse verantwortlich sind und aus einem unsichtbaren Material bestehen, dessen nähere Eigenschaften derzeit noch unbekannt sind. Die neuen Resultate sind die genauesten je durchgeführten Messungen zur räumlichen Anordnung solcher Galaxien.
Momentaufnahmen des frühen Universums
Die Galaxien sind so weit entfernt, dass ihr Licht etwa zehn Milliarden Jahre benötigt hat, um uns zu erreichen. Daher sehen wir diese Galaxien so, wie sie vor rund zehn Milliarden Jahren waren. In diesen Momentaufnahmen des frühen Universums sieht man, dass die Galaxien damals die intensivste bekannte Form der Sternbildung durchliefen, sogenannte Starbursts.
Die Astronomen bestimmten für diese Galaxien die Masse der Halos aus Dunkler Materie und untersuchten mit Computersimulationen, wie die Halos mit der Zeit anwachsen. So fanden sie heraus, dass die fernen Starburst-Galaxien des frühen Universums im Laufe der Zeit zu riesigen elliptischen Galaxien geworden sind - den massereichsten Galaxien im heutigen Universum.
"Zum ersten Mal sind wir jetzt in der Lage, eine so eindeutige Verbindung zwischen den intensivsten Starbursts im frühen Universum und den massereichsten heutigen Galaxien nachzuweisen", erklärt Ryan Hickox vom Dartmouth College (USA) und von der Durham University (England), der Erstautor der Studie.
Sternen-Feuerwerk und plötzliches Ende
Die neuen Beobachtungen ergaben außerdem, dass die hellen Starbursts in diesen fernen Galaxien lediglich 100 Millionen Jahre gedauert haben - eine für kosmologische Maßstäbe sehr kurze Zeitspanne. Dennoch hat sich die Gesamtmasse der Sterne der Galaxie in dieser vergleichsweise kurzen Zeit verdoppelt. Das plötzliche Ende des schnellen Wachstums ist ein weiterer Abschnitt aus der Geschichte der Galaxien, der bisher noch nicht vollständig verstanden ist.
"Wir wissen, dass die massereichen elliptischen Galaxien bereits vor langer Zeit vergleichsweise plötzlich aufhörten, neue Sterne zu bilden. Heute sind sie weitgehend inaktiv. Die entscheidende Frage ist natürlich, welcher Prozess stark genug gewesen sein könnte, um den Starburst einer ganzen Galaxie zu beenden", erläutert Julie Wardlow von der University of California in Irvine (USA) und von der Durham University, ein weiteres Mitglied des Teams.
Quasare und supermassereiche Schwarze Löcher
Die Ergebnisse der neuen Studie bieten einen Erklärungsansatz: Zur fraglichen Zeit in der kosmischen Geschichte sind die Galaxien ähnlich angeordnet wie die Quasare - ein Hinweis darauf, dass sich beide Objektarten in den gleichen Halos aus Dunkler Materie befanden. Quasare gehören zu den leuchtkräftigsten Objekten im Universum. Getrieben von den supermassereichen Schwarzen Löchern in ihren Zentren geben sie als regelrechte kosmische Leuchtfeuer intensive Strahlung ab.
Die Hinweise verdichten sich, dass die Starbursts die Aktivität der Quasare gefördert haben, indem sie den Schwarzen Löchern große Mengen an Materie zuführten. Die Quasare wiederum durchliefen dadurch sehr energiereiche Aktivitätsphasen, in deren Verlauf sie das verbliebene Gas aus den Galaxien hinausbliesen. Mit diesem Verlust dieses Rohmaterials für neue Sterne ging auch die Phase schneller Sternentstehung zu Ende.
"Kurz gesagt läutet die Starburst-Galaxie mit dem Feuerwerk der Sternbildung gleichzeitig ihr eigenes Ende ein: Sie füttert das Schwarze Loch in ihrem Zentrum, das dann wiederum die sternbildenden Wolken wegbläst oder zerstört", erklärt David Alexander von der Durham University, ein weiteres Mitglied des Teams. (red)