Forscher finden mögliche Ursache, warum heute weniger Sterne entstehen

23. September 2016, 16:14
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Rätselhafte Abnahme der Sternentstehungsrate könnte mit Verfügbarkeit von molekularem Wasserstoff zu tun haben

Heidelberg – Sterne sind keine junge "Erfindung" des Universums. Bereits kurz nach dem Urknall bildeten sich Sterne aus Wasserstoffgas und vereinigten sich zu ganzen Galaxien. Allerdings ist die Gesamt-Sternentstehungsrate über die Milliarden Jahre nicht gleich geblieben. In einigen Epochen war unser Kosmos ungleich produktiver als beispielsweise heute. Warum das so ist, darüber rätseln die Astronomen noch.

Auf der Spur dieser wechselvollen Geschichte haben Fabian Walter vom Max-Planck-Institut für Astronomie und seine Kollegen sich daran gemacht, mithilfe des ALMA-Observatoriums herauszufinden, wie viel an Rohmaterial für die Sternentstehung, also molekularer Wasserstoff, den Galaxien zu unterschiedlichen Epochen zur Verfügung stand. Die Astronomen haben dazu eine der am besten untersuchten Himmelsregionen überhaupt beobachtet: das Hubble Ultra Deep Field (HUDF).

Dort haben sie unter anderem nach dem charakteristischen Licht gesucht, das die Anwesenheit von Kohlenstoffmonoxid verrät. Wo Kohlenstoffmonoxid, da auch molekularer Wasserstoff – das lässt sich sogar quantitativ formulieren, so dass Astronomen aus der Menge an nachgewiesenem Kohlenstoffmonoxid auf die Menge an molekularem Wasserstoff schließen können.

Da Sterne entstehen, wenn dichte Wolken aus molekularem Wasserstoff kollabieren, hängt die Sternentstehungsrate direkt mit der Verfügbarkeit von molekularem Wasserstoff, dem Rohmaterial für die Sternentstehung, zusammen. Bislang haben Sternen-Historiker allerdings nicht das Rohmaterial, sondern andere Indikatoren ausgewertet, um Sternentstehungsraten zu bestimmen – insbesondere Licht bei charakteristischen Frequenzen, das ausgestrahlt wird, wenn Molekülwolken kollabieren, sich dabei aufheizen, und die Hitze in Form ganz bestimmter Spektrallinien abstrahlen.

Verminderung der Sternentstehungsrate

Derartige Studien zeigen interessante Trends bei der Sternentstehung. In der Vergangenheit haben Galaxien insgesamt deutlich mehr Sterne produziert als heutzutage. Tatsächlich geht die Sternentstehungsrate (als Maß für diese Produktivität) seit einer Blütezeit rund drei bis 6 Milliarden Jahre nach dem Urknall stetig zurück. Während der Phase maximaler Produktivität wurde pro Jahr rund 10 Mal mehr Wasserstoff zu Sternen als zur Jetztzeit. Die Hintergründe dieser Langzeitentwicklung sind immer noch unklar. Aber die neuen Beobachtungen können unserem Wissen über die Geschichte der Sternentstehung ein wichtiges Puzzleteil hinzufügen: Die Menge an molekularem Wasserstoff, die zu gegebener Zeit in Galaxien für die Sternentstehung zur Verfügung steht.

"Unsere neuen ALMA-Ergebnisse legen nahe: Je weiter wir in die Vergangenheit zurückblicken, umso mehr Gas finden wir in den Galaxien, die wir sehen" sagt Manuel Aravena, Astronom an der Universidad Diego Portales in Santiago in Chile und der Ko-Leiter des Astronomenteams. "Diese Zunahme an Gasgehalt dürfte der Grund für die beachtliche Zunahme der Sternentstehungsraten sein, die während des Höhepunkts der Galaxienentstehung vor rund 10 Milliarden Jahre einsetzte."

"Die kohlenstoffmonoxid-reichen Galaxien, die wir gefunden haben, leisten einen beachtlichen Beitrag zur gesamten Sternentstehungsgeschichte unseres Kosmos", sagt Roberto Decarli, Astronom am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und Mitglied des Forscherteams. "Mit ALMA steht uns jetzt ein neuer Weg offen, die frühe Entstehung und Entwicklung von Galaxien im Hubble Ultra Deep Field zu untersuchen." (red, 23.9.2016)


Studien im Astrophysical Journal

  • Das Hubble Ultra Deep Field (HUDF): für ALMA eine Fundgrube von Galaxien, die reich an Kohlenmonoxid sind (orange) und damit Potenzial für Sternentstehung haben.
    foto: b. saxton (nrao/aui/nsf); alma (eso/naoj/nrao); nasa/esa hubble

    Das Hubble Ultra Deep Field (HUDF): für ALMA eine Fundgrube von Galaxien, die reich an Kohlenmonoxid sind (orange) und damit Potenzial für Sternentstehung haben.

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