VLT & ALMA
Einblick in die Sternentstehung in anderen Galaxien
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
20. Juli 2021

Neue Beobachtungen von nahen Galaxien, für die Daten des Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte ESO und des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) kombiniert wurden, zeigen ein regelrechtes Feuerwerk aus Sternentstehung in nahegelegenen Galaxien. Die Forschenden hoffen so, mehr über den Prozess der Entstehung neuer Sterne zu erfahren.

Dieses Bild kombiniert Beobachtungen der nahen Galaxien NGC 1300, NGC 1087, NGC 3627 (oben, von links nach rechts), NGC 4254 und NGC 4303 (unten, von links nach rechts), die mit dem Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) am Very Large Telescope (VLT) der ESO aufgenommen wurden. Jedes einzelne Bild ist eine Kombination von Beobachtungen, die bei verschiedenen Wellenlängen des Lichts durchgeführt wurden, um stellare Populationen und warmes Gas abzubilden. Das goldene Leuchten entspricht hauptsächlich Wolken aus ionisiertem Wasserstoff-, Sauerstoff- und Schwefelgas, die das Vorhandensein von neu geborenen Sternen markieren, während die bläulichen Regionen im Hintergrund die Verteilung von etwas älteren Sternen zeigen. Bild: ESO/PHANGS [Großansicht]

Zwar weiß die Astronomie, dass Sterne in Gaswolken geboren werden, aber was die Sternentstehung auslöst und wie Galaxien als Ganzes dabei mitspielen, bleibt ein Rätsel. Um diesen Prozess zu verstehen, hat ein Forschungsteam verschiedene nahegelegene Galaxien mit leistungsstarken boden- und weltraumgestützten Teleskopen beobachtet und die verschiedenen galaktischen Regionen, die an der Sternentstehung beteiligt sind, untersucht.

"Zum ersten Mal lösen wir einzelne Sternentstehungsgebiete mit einer großen Vielfalt an Regionen und Umgebungen in einer Auswahl von Galaxien auf, die die verschiedenen Varianten gut repräsentiert", sagt Eric Emsellem, Astronom bei der europäischen Südsternwarte ESO in Deutschland und an der Universität im französischen Lyon. Er leitete Beobachtungen, die am Very Large Telescope (VLT) der ESO im Rahmen des PHANGS-Projekts (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS) durchgeführt wurden. "Wir können das Gas, aus dem die Sterne entstehen, direkt beobachten. Wir sehen die jungen Sterne selbst, und wir werden Zeuge ihrer Entwicklung im Verlauf verschiedener Phasen."

Emsellem und sein Team haben nun ihren neuesten Satz von galaktischen Aufnahmen veröffentlicht, die mit dem Instrument MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) am VLT aufgenommen wurden. Sie nutzten MUSE, um neugeborene Sterne und das warme Gas um sie herum aufzuspüren, das von den Sternen beleuchtet und aufgeheizt wird und als deutlicher Hinweis auf die ablaufende Sternentstehung gilt. Die PHANGS-Kollaboration unter der Leitung von Eva Schinnerer vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) kombinierte diese neuen Bilder mit Beobachtungen der gleichen Galaxien, die mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) aufgenommen und Anfang dieses Jahres veröffentlicht wurden.

Der Radioteleskopverbund ALMA, der sich ebenfalls in Chile befindet, ist besonders gut geeignet, um kalte Gaswolken zu kartieren, also diejenigen Objekte in Galaxien, die das Rohmaterial liefern, aus dem Sterne entstehen. MUSE und ALMA ergänzen sich bei der Identifizierung und Untersuchung der Sternentstehungsgebiete im Inneren der beobachteten Galaxien. "Durch die Kombination von MUSE- und ALMA-Bildern können wir untersuchen, wie frühere Sterngenerationen den Prozess der Bildung einer neuen Sternenpopulation beeinflussen", erläutert Ismael Pessa, Doktorand am MPIA, der im PHANGS-Projekt arbeitet. "Das hilft uns, besser zu verstehen, was die Geburt neuer Sterne auslöst, verstärkt oder bremst."

Die resultierenden Bilder sind beeindruckend und bieten einen farbenfrohen Einblick in stellare Kinderstuben in unseren Nachbargalaxien. "Es gibt viele Rätsel, die wir entschlüsseln wollen", sagt Kathryn Kreckel von der Universität Heidelberg und Mitarbeiterin im PHANGS-Team. "Werden Sterne häufiger in bestimmten Regionen ihrer Wirtsgalaxien geboren? Und falls ja, warum? Und nachdem Sterne geboren wurden, wie beeinflusst ihre Entwicklung die Bildung neuer Generationen von Sternen?"

Diese Fragen können die Astronomen nun dank der Fülle an MUSE- und ALMA-Daten, die das PHANGS-Team gesammelt hat, beantworten. MUSE produziert für jede einzelne Position innerhalb seines Sichtfelds Spektren - die "Strichcodes", die Astronomen scannen, um die Eigenschaften und die Charakteristik von kosmischen Objekten zu bestimmen – und liefert damit viel reichhaltigere Informationen als bisherige Instrumente. Für das PHANGS-Projekt beobachtete MUSE 30.000 Nebel aus warmem Gas und sammelte etwa 15 Millionen Spektren von verschiedenen galaktischen Regionen. Die ALMA-Beobachtungen wiederum ermöglichten es den Astronomen, etwa 100.000 kalte Gaswolken in 90 nahen Galaxien zu kartieren und so einen beispiellos detaillierten Atlas der stellaren Keimzellen im nahen Universum zu erstellen.

Neben ALMA und MUSE sind am PHANGS-Projekt auch Beobachtungen des Weltraumteleskops Hubble beteiligt. Die verschiedenen Observatorien wurden so ausgewählt, dass das Team unsere galaktischen Nachbarn bei unterschiedlichen Wellenlängen (sichtbar, nahes Infrarot und Radio) durchleuchten kann. Jeder Wellenlängenbereich betrachtet unterschiedliche Teile der beobachteten Galaxien. Ihre Kombination erlaubt es den Forschern, die verschiedenen Stadien der Sternentstehung zu untersuchen – von der Entstehung der stellaren Geburtsstätten über den Beginn der Sternentstehung selbst bis hin zu der Frage, wie die neu geborenen Sterne schließlich ihre Brutstätten zerstören.

PHANGS bietet zum ersten Mal die Möglichkeit, ein solch komplettes Bild zu entwickeln, indem es Ansichten liefert, die scharf genug sind, um die einzelnen Wolken, Sterne und Nebel sichtbar zu machen, die die Kreißsäle der Sterne darstellen. "Die scharfen MUSE-Bilder beispielsweise zeigen den Einfluss der neu entstehenden Sterne auf das sie umgebende Material. Ein solch genauer Blick hilft uns zu verstehen, wie Sterne ihre Umgebung beeinflussen, z. B. durch Sternwinde", sagt Francesco Santoro vom MPIA. "Wir wollen vor allem untersuchen, wie solche Wechselwirkungen zum Kreislauf des Gases im interstellaren Medium, dem Rohmaterial der Sterne, beitragen und wie sie zukünftige Generationen von Sternen beeinflussen."

Es bleibt allerdings noch einiges zu tun, auch für die nächste Teleskopgeneration: "So erstaunlich PHANGS auch ist, die Auflösung der Karten, die wir erstellen, reicht gerade aus, um einzelne Sternentstehungswolken zu identifizieren und zu trennen. Aber sie ist immer noch nicht gut genug, um zu erkennen, was in ihrem Inneren im Detail passiert", betont Schinnerer. "Neue Beobachtungsansätze von unserem Team und anderen verschieben die Grenzen des Machbaren in diese Richtung, so dass wir noch Jahrzehnte spannender Entdeckungen vor uns haben."