HUBBLE
Auf der Spur der unsichtbaren Zwerggalaxien
von Stefan Deiters
astronews.com
12. Juli 2012

Astronomen haben mit dem Weltraumteleskop Hubble einige der masseärmsten und leuchtschwächsten Galaxien in unserer kosmischen Nachbarschaft untersucht. Diese Zwerggalaxien gelten als Überreste aus der Frühphase des Universums und dürften sich seit rund 13 Milliarden Jahren kaum verändert haben. Ihr Studium könnte helfen, das seit längerem bestehende Problem der fehlenden Zwerggalaxien zu lösen.

Blick auf die Himmelsregion, in der sich die Zwerggalaxie Leo IV befindet. Sie ist rund 500.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.   Bild: NASA, ESA und T. Brown (STScI)  [Großansicht] Enthüllung einer Zwerggalaxie: Die Bildausschnitte zeigen die Hintergrundobjekte der Region (Mitte) und die Sterne, die zu Leo IV gehören (rechts). Bild: NASA, ESA und T. Brown (STScI)  [Großansicht]

Eigentlich haben Astronomen eine recht gute Vorstellung davon, wie sich die Galaxien im Universum gebildet haben. Nach und nach wurden durch Kollisionen und Verschmelzungen aus vielen kleinen Objekten immer größere Gebilde und schließlich die eindrucksvollen Systeme, die wir heute in unserer kosmischen Nachbarschaft beobachten können.

Bei diesem Modell gibt es nur ein Problem: Simuliert man nämlich die Prozesse mit einem Computer, erhält man tatsächlich Galaxien wie unsere Milchstraße. Allerdings sollten um diese auch Tausende von kleinen Zwerggalaxien kreisen. Gefunden hat man davon allerdings bislang lediglich einige Dutzend. In der Astronomie ist dieser Sachverhalt als "Problem der fehlenden Zwerggalaxien" bekannt. Neue Beobachtungen von drei solchen Zwerggalaxien mit dem Weltraumteleskop Hubble könnten nun aber dazu beitragen, einer Lösung des Problems etwas näher zu kommen.

In den vergangenen Jahren wurden rund um die Milchstraße mehrere extrem leuchtschwache Zwerggalaxien entdeckt, die nur sehr wenig Sterne enthalten. Sie sind nur schwer zu finden und wurden teils mit automatischen Suchverfahren aufgespürt. Da sie sich fast gar nicht durch eine erhöhte Sternenkonzentration verraten, heben sie sich auch kaum vom Hintergrund der anderen Sterne und Galaxien ab. Diese Zwerggalaxien gelten als die kleinsten, ältesten und ursprünglichsten Galaxien im Universum.

Mit dem Weltraumteleskop Hubble haben Astronomen nun drei dieser Galaxien, nämlich die Zwerggalaxien Hercules, Leo IV und Ursa Major, gründlich untersucht und dabei herausgefunden, dass die Sternentstehung in ihnen vor mehr als 13 Milliarden Jahren eingesetzt hat und dann plötzlich zum Erliegen kam. Dies alles spielte sich innerhalb von einer Milliarde Jahren nach dem Urknall ab. Die Sterne, die sich in diesen Galaxien finden lassen, dürften also ein extremes Alter haben.

"Diese Galaxien sind alle extrem alt und sie haben alle das gleiche Alter", erklärt Tom Brown vom Space Telescope Science Institute im amerikanischen Baltimore, der Leiter der Untersuchung. "Es ist so, als hätte irgendetwas ganz plötzlich die Sternentstehung in all diesen Galaxien zum gleichen Zeitpunkt abgewürgt, wie beim Fall einer Guillotine. Die wahrscheinlichste Erklärung dafür ist eine Prozess, den man Reionisation nennt."

Die kleinen Galaxien dürften rund 100 Millionen Jahre vor einer Periode entstanden sein, in der sich das junge Universum entscheidend verändert hat. Damals sorgte die Strahlung der ersten Sterne dafür, dass das Universum für das sichtbare Licht "durchsichtig" wurde. Das kalte Wasserstoffgas wurde ionisiert, die Wasserstoffatome verloren also ihr Elektron. Man spricht von der Epoche der Reionisation.

Die gleiche Strahlung aber, die für diese Reionisation verantwortlich war, könnte auch die Sternentstehung in den nur rund 2.000 Lichtjahre durchmessenden Galaxien abgewürgt haben. In diesen waren gerade erst wenige Sterne entstanden, als die intensive ultraviolette Strahlung das gesamte verbleibende Gas der Galaxien, also das Grundmaterial für die Bildung neuer Sterne, praktisch weggeblasen hat. Größeren Galaxien hingegen gelang es, ihr Gas zu halten. In diesen konnten somit weiter Sterne entstehen.

Die geringe Zahl von bislang entdeckten Zwerggalaxien rund um die Milchstraße könnte sich also dadurch erklären lassen, dass in zahlreichen dieser Galaxien so wenig Sterne entstanden sind, dass sie praktisch unsichtbar sind. Man hat auch jüngst mehrere extrem leuchtschwache Zwerggalaxien aufgespürt, die etwa 100-mal mehr Dunkle Materie enthalten als sichtbare Materie. In normalen Zwerggalaxien findet sich nur etwa zehn Mal mehr Dunkle Materie als sichtbare Materie. Von diesen leuchtschwachen Galaxien könnten sich noch unzählige weitere rund um die Milchstraße befinden. In einigen könnte es praktisch gar keine Sterne geben.

"Durch die Messung der Sternentstehungsgeschichte in den beobachteten Zwerggalaxien hat Hubble Beweise dafür geliefert, dass ein theoretisches Modell zur Erklärung des beobachteten Mangels dieser Objekte stimmen könnte", so Jason Tumlinson vom Space Telescope Science Institute. "Die Sternentstehung in diesen Objekten wurde durch die Reionisation abgewürgt." Die Astronomen berichteten über ihre Beobachtungen in einem Fachartikel in der Zeitschrift The Astrophysical Journal Letters.