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Kosmologie: Wie endet die Sternentstehung in passiven Galaxien?

Bei den meisten Galaxien hat sich das Ende der Sternentstehung über rund vier Milliarden Jahre hinweg vollzogen, so das Ergebnis einer Untersuchung, bei der die Spektren von rund 27 000 verschiedenen Welteninseln untersucht wurden.
Die Spiralgalaxie NGC 5247 im Sternbild JungfrauLaden...

Viele Galaxien im näheren Universum erscheinen eher rötlich, und bei genauerem Hinsehen stellt man fest, dass sie überwiegend aus massearmen Sternen ähnlich unserer Sonne bestehen. In diesen Welteninseln findet praktisch keine Neubildung von Sternen statt, da sie keine größeren Mengen an Gas und Staub mehr enthalten. Ein Forscherteam um Yingjie Peng von der britischen University of Cambridge untersuchte nun genauer, welche Vorgänge beim Erlöschen der Sternentstehung in Galaxien eine Rolle spielen.

Wie wird Sternentstehung in Galaxien abgewürgt? (Grafik)Laden...
Wie wird Sternentstehung in Galaxien abgewürgt? | Zwei Szenarien werden für das Erlöschen von Sternentstehungsaktivität in Galaxien herangezogen: Im oberen Beispiel wird die Galaxie über lange Zeiträume hinweg mit frischem intergalaktischem Gas versorgt, so dass sich ständig neue Sterne bilden können. Durch ein plötzliches Ereignis, wie zum Beispiel extrem starke Sternwinde oder den Durchflug durch einen dichten Galaxienhaufen, werden die Vorräte an Gas und Staub aus der Galaxie entfernt, so dass die Sternentstehung rasch zum Erliegen kommt. So entsteht eine passive Galaxie, die überwiegend aus langlebigen, massearmen Sternen besteht, die rötlich leuchten. Im zweiten Szenario unten versiegt der Nachschub an frischem intergalaktischem Material, und die Galaxie muss mit ihren Vorräten an Gas und Staub auskommen, um neue Sterne entstehen zu lassen. Nach durchschnittlich rund vier Milliarden Jahren sind die Vorräte erschöpft, und die Galaxie wird ebenfalls passiv.

Schon seit Längerem teilen die Astronomen Galaxien in gasreiche, sternbildende Welteninseln sowie passive, gasarme Galaxien ohne Sternentstehung ein. Um mehr darüber herauszufinden, warum die passiven Galaxien dominieren, griffen die Astronomen um Peng auf Daten des Sloan Digital Sky Survey SDSS zurück. Dabei untersuchten sie die Spektren von 23 000 passiven Galaxien und 4000 Welteninseln mit lebhafter Sternentstehung. Um das Ende der Sternentstehung zu erklären, werden von den Astronomen zwei Szenarien vorgeschlagen.

Im ersten Szenario wird die Galaxie über lange Zeit hinweg mit frischer Materie aus dem intergalaktischen Medium versorgt. Das heißt, es fallen aus ihrer Umgebung Wolken aus Gas und Staub auf sie ein. Somit steht immer Materie für neue Sterne zur Verfügung, deren chemische Zusammensetzung sich kaum ändert. Plötzlich können aber durch Sternwinde, die Aktivität des zentralen Schwarzen Lochs oder durch das Durchfliegen einer Region mit hoher Dichte des intergalaktischen Mediums die Vorräte an Gas und Staub aus der Galaxie herausgedrückt werden. Dann kommt die Sternentstehung rasch zum Erliegen, und es ergibt sich eine rote, passive Galaxie. Dies zeigt sich auch an den Gehalten an Elementen schwerer als Wasserstoff und Helium. Sie zeigen einen kontinuierlichen Anstieg, werden dann plötzlich "eingefroren" und verändern sich nicht mehr.

Im alternativen Szenario wird die Galaxie zunächst über eine gewisse Zeit hinweg mit frischem Material aus ihrer Umgebung versorgt. Dann aber gerät sie in Isolation, und es gibt keinen Nachschub mehr. Nun verbraucht die Welteninsel die bis dato in ihr vorhandenen Vorräte an Gas und Staub über einen Zeitraum von im Mittel vier Milliarden Jahren und bildet daraus neue Sterne. Dabei werden im Verlauf der Sternentwicklung immer mehr schwere Elemente erzeugt, wobei deren Gehalte im Lauf der Zeit viel höher ansteigen als beim ersten Szenario. Auch hier ergibt sich als Resultat schließlich eine rote, passive Galaxie. Dieser Vorgang wird auch als "Tod durch den Strang" bezeichnet, da die Galaxie gleich einem Delinquenten am Galgen an ihren eigenen Atemprodukten erstickt.

Die Untersuchung der Spektren der 23 000 passiven Galaxien zeigte nun, dass sie relativ hohe Gehalte an schweren Elementen haben, so dass für einen Großteil von ihnen das zweite Szenario gültig sein dürfte. Dies gilt vor allem für Welteninseln mit Massen von bis zu 100 Milliarden Sonnenmassen. Galaxien mit noch größeren Massen sind dagegen recht selten. Diese elliptischen Riesengalaxien, welche durch die Verschmelzung von kleineren Welteninseln entstehen, haben eher geringere Gehalte an schweren Elementen, was auf das erste Szenario hindeutet.

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