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Kosmologie: Wie eine Riesengalaxie im jungen Universum entsteht

Die Spinnennetz-Galaxie bildet sich direkt in einer großen kalten Gaswolke im Inneren eines jungen Galaxienhaufens im Sternbild Wasserschlange. Sie wächst also nicht auf Kosten kleinerer Galaxien, die sie sonst auseinanderrisse und verschlänge, wie es die meisten Riesengalaxien in unserer kosmischen Umgebung tun.
Hubble-Aufnahme der "Spinnennetz-Galaxie" im Sternbild Wasserschlange

Bislang ist noch nicht im Detail geklärt, wie massereiche Riesengalaxien entstehen. In unserer kosmischen Umgebung wachsen solche Galaxien, indem sie durch ihre Schwerkraft kleinere Welteninseln einfangen, dabei auseinanderreißen und sich einverleiben. Ganz andere Vorgänge scheinen sich dagegen in der weit entfernten Spinnennetz-Galaxie MRC 1138-262 im Sternbild Wasserschlange zu ereignen. Diese Riesengalaxie bildet sich offenbar direkt aus kühlem Gas, in dem sich auch schwerere Elemente wie Kohlenstoff und Sauerstoff befinden.

Künstlerische Darstellung der Vorgänge in der "Spinnennetz-Galaxie" im Sternbild Wasserschlange
Die Entstehung der Spinnennetz-Galaxie im Sternbild Wasserschlange | So bildet sich die Spinnennetz-Galaxie (künstlerische Darstellung): In den Zwischenräumen eines jungen Haufens aus Protogalaxien befindet sich eine große Menge an kaltem molekularem Wasserstoff, hier in Blau dargestellt. In diesem Gas bilden sich pro Jahr Hunderte von Sternen in den Zwischenräumen, und es dürften sich dort schon einige Milliarden befinden. Aus dieser derzeit eher lockeren Ansammlung von Gas und Sternen entwickelt sich vermutlich in vergleichsweise kurzer Zeit eine massereiche Riesengalaxie. Sie bildet sich also direkt aus dem Gas zwischen den bereits vorhandenen, wesentlich kleineren Protogalaxien.

Die Spinnennetz-Galaxie wurde schon Ende der 1990er Jahre entdeckt und war vor rund zehn Jahren mit dem Weltraumteleskop Hubble beobachtet worden. Dabei war ein feines netzartiges Gebilde aus Gas zu erkennen, in dem sich kleine Protogalaxien und Sterne befinden. Es erinnerte an ein Spinnennetz mit darin gefangenen Insekten. Diese Struktur weist eine Rotverschiebung von z = 2,16 auf. Als das Licht von dort zu uns aufbrach, war das Universum also erst drei Milliarden Jahre alt. Das entspricht rund 20 Prozent seines heutigen Alters von 13,7 Milliarden Jahren.

Ein internationales Forscherteam um Bjorn Emonts am spanischen Centro di Astrobiologia in Madrid untersuchte nun die Spinnennetz-Galaxie mit zwei Radiointerferometern in Australien und den USA. Diese registrierten die charakteristische Emission von Kohlenmonoxidgas. Die Forscher fanden heraus, dass dieses Gas eine Temperatur von –200 Grad Celsius aufweist, also sehr kalt ist. Das Kohlenmonoxid dient den Astrophysikern als Spurengas für Wasserstoff, da sich dieser im Radiowellenbereich nur sehr schwer nachweisen lässt. Wasserstoff kommt aber in solchen Gaswolken in weitaus größeren Mengen vor, denn er ist das häufigste Element im Universum. Die Forscher vermuten, dass sich in der Region mit rund 650 000 Lichtjahren Durchmesser mehr als 100 Milliarden Sonnenmassen an molekularem Gas befinden. Dies ist vergleichbar mit der Masse unseres Milchstraßensystems, das einen Durchmesser von rund 120 000 Lichtjahren aufweist.

Das Vorkommen von Kohlenmonoxid belegt: Es handelt sich um Gas, das bereits von den Sternen der ersten Generation nach dem Urknall mit schwereren Elementen angereichert wurde. Dabei entstanden unter anderem Kohlenstoff und Sauerstoff, die bei gewaltigen Supernova-Explosionen freigesetzt wurden, und deren Explosionswolken sich bereits weit ausdehnen konnten. Diese mischten sich mit dem primordialen Wasserstoff und dem Helium, die beim Urknall entstanden waren. Die Spinnennetz-Galaxie befindet sich im Inneren eines ganzen Haufens von entstehenden Welteninseln, so genannten Protogalaxien. Das meiste Gas in diesem Gebiet hält sich nicht in diesen Protogalaxien auf, sondern in den Zwischenräumen. Frühere Untersuchungen im Ultravioletten lieferten zudem Hinweise darauf, dass sich dort jedes Jahr Hunderte von neuen Sternen bilden. Daher müssen sich hier bereits Milliarden von Sternen befinden. Die Forscher um Emonts vermuten, dass aus diesen Strukturen in relativ kurzer Zeit, einigen 100 Millionen Jahren, eine große und massereiche Galaxie entstehen wird.

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