Neu veröffentlichte Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass starke, von Sternen angetriebene Winde Galaxien vernichten können und so die Entstehung neuer Sterne in einer frühen Phase der kosmischen Geschichte verhindern. Diese auf Daten des James Webb Space Telescope (JWST) basierende Entdeckung bietet neue Einblicke in die galaktische Entwicklung.
Der Prozess der Kollision zwischen Galaxien, der zu ihrer Verschmelzung zu einer einzigen massiven Struktur führt, kann auch zum „Tod“ dieser Himmelshaufen führen, indem Gasströme freigesetzt werden, die die Sternentstehung hemmen. Diese komplexe kosmische Interaktion definiert das Verständnis der Entwicklung von Galaxien neu.
Diese Dynamik könnte Licht auf ein Geheimnis des frühen Universums werfen, wo mehrere Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) Galaxien entdeckten, die in nur einer Milliarde Jahren nach dem Urknall überraschend groß wurden. Ebenso überraschend war, dass viele dieser Galaxien ihre Sternproduktion bereits eingestellt hatten und etwa eine Milliarde Jahre später inaktiv wurden.
Obwohl in der Vergangenheit angenommen wurde, dass galaktische Winde für das „Abtöten“ von Galaxien verantwortlich seien, fehlten den Astronomen direkte Beweise dafür, dass dieser Prozess tatsächlich die Sternentstehung in einem so entfernten Stadium im Kosmos unterdrücken könnte. Nun beschreibt eine neue Studie, die am 10. Juni in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society von einem internationalen Team veröffentlicht wurde, wie von Sternen erzeugte Gasströme Galaxien auslöschen können, wodurch die vom JWST beobachteten inaktiven Strukturen entstehen.
Gasleckerkennung im frühen Universum
Wissenschaftler nutzten JWST in Verbindung mit dem Radioteleskop Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in der chilenischen Atacama-Wüste, um das als CRISTAL-02 bekannte Galaxiensystem zu untersuchen, wie es eine Milliarde Jahre nach dem Urknall existierte. Die gründliche Analyse brachte entscheidende Details über seine Tätigkeit zutage.
Mit einer Sternmasse, die die der Sonne um das Zehnmilliardenfache übersteigt, stellt CRISTAL-02 ein fortgeschrittenes Stadium einer Verschmelzung mehrerer Galaxien dar. Darüber hinaus verfügt das System über eine gigantische Gaswolke, die sich fast so weit erstreckt wie das galaktische System selbst und mit Hunderten von Kilometern pro Sekunde in den Weltraum entweicht.
Diese kolossale Strömung, die 1,5 Milliarden Sonnenmassen umfasst, scheint durch einen intensiven Ausbruch der Sternentstehung und des Todes von Sternen angetrieben zu werden, wie die Autoren der Studie erklären. Beide Phänomene treten bei galaktischen Kollisionen auf, die große Gaswolken komprimieren und die Geburt neuer Sterne auslösen, darunter massereiche Sterne, die alle paar Millionen Jahre in heftigen Supernova-Explosionen kollabieren. Die intensiven radioaktiven Winde, die von diesen jungen Sternen und ihren sterbenden älteren Schwestern freigesetzt werden, können dann die Sternentstehung unterdrücken, indem sie Taschen aus kaltem molekularem Gas anregen und zerstreuen, bevor es gravitativ kollabieren und neue Sterne entstehen lassen kann.
„Die Galaxie hat einen starken Wind, der Material doppelt so schnell ausstößt, wie die Galaxie selbst Sterne bildet“, sagte Rebecca Davies, Astrophysikerin an der Swinburne University of Technology in Australien, in einer Erklärung. Diese Beobachtung unterstreicht die Intensität und Wirksamkeit dieser Winde.
Das galaktische System CRISTAL-02 könnte jedes Jahr etwa 260 neue Sterne mit Sonnenmasse erschaffen, eine Rate, die dreimal höher ist als die von Galaxien mit ähnlicher Masse und ähnlichem Alter. Die Forscher fanden jedoch auch heraus, dass sie jährlich mehr als 500 Sonnenmassen verliert, eine Rate, die 20-mal schneller ist als bei typischen massereichen Galaxien.
„Wir wissen nicht viel darüber, wie die ersten Galaxien aufhörten, Sterne zu bilden. Diese Arbeit zeigt diesen Prozess direkt in Aktion“, erklärte Andreas Faisst, ein beobachtender Astronom am Caltech, in einer E-Mail an Live Science. Er fügte hinzu: „Wenn der Fluss anhält, wird der Galaxie in weniger als 100 Millionen Jahren das Gas ausgehen, um Sterne zu bilden – astrophysikalisch betrachtet ist das ein Wimpernschlag.“
Beweis für ein weit verbreitetes kosmisches Phänomen
Diese Untersuchung bietet ein Modell für die galaktische Seneszenz, einen Prozess des allmählichen Verfalls. „Fast die Hälfte der ursprünglichen massereichen Galaxien interagieren mit anderen nahegelegenen Galaxien, was darauf hindeutet, dass es sich hierbei nicht um ein isoliertes Phänomen, sondern um ein weit verbreitetes kosmisches Ereignis handelt“, fügte Davies hinzu.
Frühere Simulationen deuteten jedoch darauf hin, dass Ströme von aktiven Schwarzen Löchern und nicht von Sternen in erster Linie für die Entstehung ruhender Galaxien verantwortlich sein könnten. Durch Sternexplosionen verursachte Ausflüsse hören auf, wenn die Sternentstehung aufhört, während durch Schwarze Löcher erzeugte Ausflüsse noch Hunderte Millionen Jahre danach anhalten können.
Aus diesem Grund können Forscher nicht ausschließen, dass die in CRISTAL-02 beobachtete Strömung von einem mächtigen, aber zum Zeitpunkt der Beobachtung inaktiven Schwarzen Loch erzeugt wurde. Die Komplexität der Phänomene erfordert eine kontinuierliche Untersuchung.
Darüber hinaus verglichen Wissenschaftler den Fluss von CRISTAL-02 mit einer Stichprobe von 99 anderen ähnlichen Flüssen aus einem Zeitraum von 12 Milliarden Jahren, um zu sehen, ob sich dieser Rückkopplungsprozess im Laufe der Zeit weiterentwickelt. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Effizienz der Strömung im Laufe der kosmischen Geschichte weitgehend konstant geblieben ist, auch wenn sich die inneren Eigenschaften von Galaxien verändert haben und das Universum expandiert und gealtert ist. Darüber hinaus kann die Abgrenzung der Rückkopplungsmechanismen im frühen Universum, die die galaktische Entwicklung bestimmen, Astronomen dabei helfen, kosmologische Simulationen zu verbessern, die das Aussehen und Verhalten des gegenwärtigen Kosmos erklären sollen.
„Wenn viele frühe Galaxien kollidieren und ein schnelles Wachstum erfahren, ist es vielleicht nicht überraschend, dass wir im frühen Universum so viele ‚tote‘ Galaxien sehen“, erklärte Davies. „CRYSTAL-02 bietet eine natürliche Lösung für das Rätsel, warum diese massiven Galaxien schnell leben und jung sterben.“
Solche Prozesse laufen auch heute noch ab und regulieren sterndichte Sektoren in unserer eigenen Galaxie. Sie könnten auch ihre ferne Zukunft bestimmen, da die Milchstraße in etwa 4,5 Milliarden Jahren mit Andromeda, ihrem nächsten Nachbarn, kollidieren könnte. Diese Verschmelzung „wird wahrscheinlich eine Sternexplosion auslösen, die mit intensiven Sternwinden einhergeht, vielleicht ähnlich dem, was wir bei CRISTAL-02 beobachtet haben“, prognostizierte Faisst in einer E-Mail und betonte, wie Studien wie diese uns dabei helfen, das Schicksal unserer eigenen kosmischen Heimat vorherzusagen.