Radiobeobachtungen geben Produktivität von Galaxien preis

25. Februar 2017, 10:22
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Astronomen entwickeln neue Methode, mit der sich die Sternentstehungsrate in Galaxien verlässlich bestimmen lässt

Heidelberg – Fast das gesamt Licht, das uns aus dem Universum erreicht, stammt von Sternen, die im Inneren von dichten Gaswolken im sogenannten interstellaren Medium von Galaxien geboren wurden. Die Häufigkeit ihrer Entstehung wird als Sternentstehungsrate bezeichnet. Sie hängt ab vom Gasvorrat in der Galaxie selbst sowie von physikalischen Eigenschaften wie Dichte, Temperatur und Stärke des Magnetfelds. Die Sternentstehungsrate stellt dabei eine Schlüsselgröße dar zum besseren Verständnis, wie Sternentstehung generell funktioniert.

Um die Sternentstehungsraten von Galaxien zu messen, musste man bisher eine ganze Reihe von Beobachtungen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen durchführen, jeweils mit individuellen Vor- und Nachteilen. Licht im sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich kann zu einem erheblichen Teil durch interstellaren Staub absorbiert werden. Das führte zum Einsatz von hybriden Bestimmungsmethoden, die zwei oder mehr unterschiedliche Wellenlängenbereiche miteinander verknüpfen, darunter der Infrarotbereich, mit dessen Hilfe der Einfluss der Staubabsorption korrigiert werden kann. Dabei können aber wiederum andere Emissionsprozesse hineinspielen, die nicht mit der Entstehung von massereichen Sternen verknüpft sind und zu einer Konfusion der Ergebnisse führen können.

Aussagekräftige Radiostrahlung

Einem internationalen Forscherteam ist nun eine detaillierte Analyse der spektralen Energieverteilung einer systematischen Stichprobe von Galaxien gelungen. Es handelt sich dabei um den überwiegenden Teil der Galaxien der KINGFISH-Studie, die Infrarot-Beobachtungen von Galaxien mit dem Satellitenteleskop Herschel umfasst. Die Astronomen konnten damit zum ersten Mal die abgestrahlte Energie dieser Galaxien im Radiofrequenzbereich bestimmen, aus der unmittelbar die Sternentstehungsraten folgen. "Wir haben dafür die gemessene Radiostrahlung in einem mittleren Frequenzbereich zwischen 1 und 10 GHz verwendet, da in früheren Untersuchungen eine eindeutige Korrelation zwischen Radio- und Infrarotstrahlung entdeckt wurde", sagt Fatemeh Tabatabaei vom IAC (La Laguna, Teneriffa), die Erstautorin der im Astrophysical Journal veröffentlichten Studie.

"Als Einzelteleskop mit hoher Empfindlichkeit ist unser 100-m-Radioteleskop in Effelsberg das ideale Instrument, um verlässliche Radioflusswerte auch für schwache ausgedehnte Objekte wie diese Galaxien bestimmen zu können", erklärt Marita Krause vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), die für die Radiomessungen der Galaxien mit dem 100-m-Teleskop verantwortlich war. "Wir haben es das KINGFISHER-Projekt genannt, wobei 'KINGFISH galaxies Emitting in Radio' als Erklärung für das Acronym steht."

Ideales Maß für die Sternenproduktion

Die Ergebnisse zeigen, dass die Radiostrahlung im beobachteten Wellenlängenbereich aus mehreren Gründen eine ideale Kenngröße zur Berechnung von Sternentstehungsraten der untersuchten Galaxien darstellt. Erstens findet keine Abschwächung der Strahlung durch Absorption im dazwischenliegenden interstellaren Staub statt. Zweitens wird Radiostrahlung bei massereichen Sternen in mehreren Phasen ihrer Entstehung abgestrahlt, von jungen stellaren Objekten über HII-Regionen (Gebiete mit ionisiertem Gas) bis hin zu Supernova-Überresten.

Und schließlich ist es auch nicht notwendig, die gefundene Messgröße mit Ergebnissen aus anderen Wellenlängenbereichen zu korrigieren. Aus all diesen Gründen stellen Messungen im untersuchten Radiowellenlängenbereich einen eindeutigeren Weg zur Bestimmung der Sternentstehungsrate von Galaxien dar als viele der bislang benutzten Methoden. "Wir können jetzt daran gehen, mit Hilfe von Messungen am Radioteleskop Effelsberg diese Methode auf eine ganze Reihe weiterer Galaxien anzuwenden", schließt Rainer Beck vom MPIfR, ebenfalls Ko-Autor der vorliegenden Untersuchung. (red, 25.2.2017)

  • Infrarotaufnahmen von Galaxien, die aus Beobachtungen mit den Satellitenteleskopen Spitzer und Herschel im Rahmen des KINGFISH-Programms erzeugt wurden.
    illustr.: maud galametz

    Infrarotaufnahmen von Galaxien, die aus Beobachtungen mit den Satellitenteleskopen Spitzer und Herschel im Rahmen des KINGFISH-Programms erzeugt wurden.

  • Die Konturlinien der Spiralgalaxie NGC 4725 zeigen Radiokontinuumsstrahlung bei 3 Zentimeter Wellenlänge, gemessen mit dem 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg, überlagert auf eine optische Aufnahme der Galaxie.
    foto: ancor damas-segovia (radiokarte & kombiniertes bild), martin pugh/martinpughastrophotography.id.au (optisches bild)

    Die Konturlinien der Spiralgalaxie NGC 4725 zeigen Radiokontinuumsstrahlung bei 3 Zentimeter Wellenlänge, gemessen mit dem 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg, überlagert auf eine optische Aufnahme der Galaxie.

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