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ALMA
Das Rohmaterial für neue Sterne
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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23. September 2016

Astronomen haben mithilfe des Radioteleskopverbunds ALMA untersucht, welches Rohmaterial zur Sternentstehung in den Galaxien im Verlauf der Geschichte des Universums zur Verfügung stand. Sie nahmen dazu eine der am besten erforschten Himmelsregionen überhaupt ins Visier: das Hubble Ultra Deep Field. Das Licht mancher Galaxien in diesem Bereich war rund elf Milliarden Jahre zu uns unterwegs.

HUDF

Das Hubble Ultra Deep Field zeigte sich ALMA als Fundgrube von Galaxien, die reich an Kohlenmonoxid sind (orange) und damit Potenzial für Sternentstehung haben. Bild:  B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble [Großansicht]

Schon kurz nach dem Urknall haben Galaxien in unserem Kosmos neue Sterne gebildet. Allerdings hat sich die Gesamt-Sternentstehungsrate über die Milliarden Jahre durchaus verändert, und in einigen Epochen war unser Kosmos ungleich produktiver als in anderen. Fabian Walter vom Max-Planck-Institut für Astronomie und seine Kollegen haben mithilfe des Radioteleskopverbunds Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) versucht herauszufinden, wie viel an Rohmaterial für die Sternentstehung - also wie viel 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. Aus der Menge an Kohlenstoffmonoxid kann man dann auf die Menge an molekularem Wasserstoff schließen .

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.

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 sechs Milliarden Jahre nach dem Urknall stetig zurück. Während der Phase maximaler Produktivität wurde pro Jahr rund zehn Mal mehr Wasserstoff zu Sternen als zur Jetztzeit. Die Hintergründe dieser Langzeitentwicklung sind derzeit noch unklar.

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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 zehn 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 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."

Die Fragen danach, wie all dies im Detail funktioniert und welche Faktoren die Verfügbarkeit oder das Fehlen von molekularem Wasserstoff beeinflussen, sind Leitfragen des großangelegten Beobachtungsprogramms mit ALMA, das Walter und seine Kollegen gerade bewilligt bekommen haben. Bei der Bewilligung haben auch die jetzt veröffentlichten Resultate eine Rolle gespielt.

"Die genauen Hintergründe der Geschichte der kosmischen Sternentstehung müssen wir erst noch verstehen", so Walter. "Unser jetzt bewilligtes ALMA Large Program wird die fehlenden Informationen über das Rohmaterial der Sternentstehung für Galaxien im berühmten Hubble Ultra Deep Field liefern. Das sind wichtige weitere Puzzlestücke für das Rätsel der Sternentstehung in unserem Universum."

Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in mehreren Artikeln, die in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal erschienen sind. 

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siehe auch
ALMA: Galaxienwachstum im jungen Universum - 23. Juli 2015
ALMA: Sternentstehungsgebiete in entfernter Galaxie - 9. Juni 2015
ALMA: Staubige Strukturen in einer fernen Galaxie - 13. April 2015
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Astronomie
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