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Eine ansonsten ruhige Galaxie im frühen Universum spuckt Sternenkram aus

PASADENA, Kalifornien. — Eine glückliche Himmelsausrichtung hat Astronomen einen seltenen Blick auf eine Galaxie im frühen Universum geworfen, die ihre Umgebung mit den Elementen sät, die zum Schmieden nachfolgender Generationen von Sternen und Galaxien benötigt werden.

Angenommen, es war nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall, die ferne Galaxie hat Gas, das über ihre Ränder strömt. Es ist die früheste bekannte gewöhnliche Galaxie, die zu so etwas wie der Milchstraße hätte werden können, die ein solch komplexes Verhalten zeigt, sagte der Astronom Hollis Akins am 14. Juni während einer Pressekonferenz auf dem Treffen der American Astronomical Society.

„Diese Ergebnisse zeigen uns auch, dass diese Abflussaktivität die Galaxienentwicklung selbst in diesem sehr frühen Teil des Universums zu formen scheint“, sagte Akins, ein angehender Doktorand an der University of Texas in Austin. Er und Kollegen übermittelten ihre Ergebnisse am 14. Juni auch an arXiv.org.

Die Galaxie mit dem Namen A1689-zD1 erscheint in Licht, das von Abell 1689 vergrößert wurde, einem großen Galaxienhaufen, der das Licht der frühesten Galaxien des Universums (SN: 13.02.08; SN: 6.10.15). Verglichen mit anderen beobachteten Galaxien im frühen Universum produziert A1689-zD1 nicht viele Sterne – nur etwa 30 Sonnen pro Jahr – was bedeutet, dass die Galaxie für unsere Teleskope nicht sehr hell ist. Aber der dazwischen liegende Cluster verstärkte das Licht von A1689-zD1 um fast das Zehnfache.

Akins und Kollegen untersuchten das Linsenlicht mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array oder ALMA, einem großen Netzwerk von Radioteleskopen in Chile. Das Team kartierte die Intensitäten einer bestimmten Spektrallinie von Sauerstoff, einem Tracer für heißes ionisiertes Gas, und einer Spektrallinie von Kohlenstoff, einem Tracer für kaltes neutrales Gas. Heißes Gas taucht dort auf, wo die hellen Sterne sind, aber das kalte Gas reicht viermal so weit, was das Team nicht erwartet hatte.

„Es muss einen Mechanismus geben [to get] Kohlenstoff in das zirkumgalaktische Medium“, den Raum außerhalb der Galaxie, sagt Akins.

Nur wenige Szenarien könnten dieses ausströmende Gas erklären. Vielleicht verschmelzen kleine Galaxien mit A1689-zD1 und schleudern Gas weiter draußen, wo es abkühlt, sagte Akins. Oder vielleicht drückt die Hitze der Sternentstehung das Gas heraus. Letzteres wäre angesichts der relativ geringen Sternentstehungsrate in dieser Galaxie eine Überraschung. Während Astronomen ausströmendes Gas in anderen Galaxien des frühen Universums gesehen haben, sind diese Galaxien voller Aktivität, einschließlich der Umwandlung von Tausenden von Sonnenmassen von Gas in Sterne pro Jahr.

Galaxy A169-zD1 (abgebildet, in Radiowellen) existiert in den ersten 700 Millionen Jahren des Universums.ALMA/ESO, NAOJ und NRAO; H. Akins/Grinnell College; B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

Die Forscher verwendeten die ALMA-Daten erneut, um die Bewegungen sowohl des kalten neutralen als auch des heißen ionisierten Gases zu messen. Das heiße Gas zeigte eine größere Gesamtbewegung als das kalte Gas, was impliziert, dass es vom Zentrum von A1689-zD1 in seine äußeren Regionen gedrückt wird, sagte Akins auf der Pressekonferenz.

Trotz der relativ geringen Sternentstehungsrate der Galaxie glauben Akins und seine Kollegen immer noch, dass die 30 Sonnenmassen an Sternen pro Jahr das Gas ausreichend erhitzen, um es aus dem Zentrum der Galaxie herauszudrücken. Die Beobachtungen deuten auf einen geordneteren Massenstrom des Gases hin, was Abflüsse impliziert, aber die Forscher analysieren die Bewegung des Gases genauer und können alternative Szenarien noch nicht ausschließen.

Sie denken, wenn das heiße Gas ausströmt, dehnt es sich aus und kühlt schließlich ab, sagte Akins, weshalb sie das kältere Gas über den Rand der Galaxie strömen sehen. Dieses an schweren Elementen reiche Gas reichert das zirkumgalaktische Medium an und wird schließlich in spätere Sternengenerationen eingebaut (SN: 17.06.15). Aufgrund der Anziehungskraft der Schwerkraft fällt auch kühles Gas, oft mit weniger schweren Elementen, um die Galaxie in Richtung ihres Zentrums, sodass A1689-zD1 weiterhin Sterne erzeugen kann.

Diese Beobachtungen von A1689-zD1 zeigen, dass dieser Gasfluss nicht nur in superhellen, extremen Galaxien stattfindet, sondern sogar in normalen Galaxien im frühen Universum. „Zu wissen, wie dieser Zyklus funktioniert, hilft uns zu verstehen, wie diese Galaxien Sterne bilden und wie sie wachsen“, sagt Caltech-Astrophysiker Andreas Faisst, der nicht an der Studie beteiligt war.

Astronomen sind auch noch nicht fertig mit dem Lernen über A1689-zD1. „Es ist ein großartiges Ziel für Folgebeobachtungen“, sagt Faisst. Etliche Kollegen von Akins planen genau das mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (SN: 10/6/21).

H. Akins et al. ALMA enthüllt ausgedehnte kühle Gas- und heiße ionisierte Ausflüsse in einer fernen Sternentstehungsgalaxie. Treffen der American Astronomical Society, Pasadena, Kalifornien, 14. Juni 2022.

H. Akins et al. ALMA zeigt ausgedehnte Abflüsse von kühlem Gas und heißen ionisierten Gasen in einer typischen Sternentstehungsgalaxie bei z=7,13. arXiv: 2206.06939. Eingereicht am 14. Juni 2022.

Autoren: Liz Kruesi von Sciencenews

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