Galaxien erfüllen viele Rollen im Universum. Das offensichtlichste sind Sternentstehungsfabriken. Ohne diese Aktivität wäre der Kosmos ein ganz anderer Ort. Die Europäische Südsternwarte und das Atacama Large Millimeter Array haben sich kürzlich auf die Galaxie NGC 4303 konzentriert. Ihr Ziel: ihre Sternentstehungsaktivität über mehrere Wellenlängen zu betrachten.
Das Ziel bestand darin, Astronomen dabei zu helfen, zu verstehen, wie Sterne in galaktischen Umgebungen entstehen. Das resultierende Bild zeigt ein goldenes Leuchten molekularer Gaswolken, die sich durch die Spiralarme ziehen, und die Existenz bereits gebildeter Sterne.
NGC 4303 ist eine wunderschöne Spiralgalaxie, die mehr als 50 Millionen Lichtjahre entfernt im Virgo-Galaxienhaufen liegt. Astronomen stufen sie als schwach vergitterte Spirale ein. Es sieht auch so aus, als hätte es eine Ringstruktur in seinen Spiralarmen. Die Arme funkeln mit Sternentstehung und machen es zu einer Starburst-Galaxie. Dort befindet sich auch ein aktiver Kern, der wahrscheinlich ein supermassereiches Schwarzes Loch verbirgt.
Diese Galaxie wird als Spiralgalaxie des späten Typs klassifiziert. Das heißt, er hat Gas früher langsamer zu Sternen gemacht und hat heute noch viel davon übrig. Sicher genug, basierend auf dieser und anderen Studien scheint es sehr reich an neutralem Wasserstoff zu sein. Das ist der Baustein der Sterne.
Die Galaxie hat eine riesige Ansammlung von Sternen in ihrem Herzen. Außerdem weist er ältere Sternhaufen auf. All dies deutet auf eine Sternentstehungsaktivität in der uralten Vergangenheit hin. Es gibt auch zahlreiche Beweise für neuere Sternentstehungsaktivitäten in der gesamten Galaxie. Helle Nebel heben Orte hervor, an denen sich neugeborene Sterne bilden (oder kurz vor der Geburt stehen). Also, warum ist diese „späte“ Galaxie so aktiv, wenn es darum geht, Sterne zu machen?
Untersuchung von NGC 4303
Um das zu beantworten, muss man die Galaxie in mehr als einer Lichtwellenlänge betrachten. Astronomen verwendeten das Instrument Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) am Very Large Telescope, um existierende Sterne in der Galaxie zu untersuchen. Es kann die Galaxie in einer einzigen Beobachtung abbilden. Gleichzeitig misst es die Intensität des Lichts, das aus verschiedenen Regionen kommt. Dabei ermöglicht es einen faszinierenden „3D“-Blick auf die Galaxie und ihre Bestandteile.
Das Atacama Large Millimeter Array lieferte eine andere Sichtweise unter Verwendung von Millimeterwellen (in der Nähe von Radiowellen). Es beobachtet speziell die Wasserstoffwolken in der Galaxie. Die Idee ist, die Menge an Gas, die für die Sternentstehung zur Verfügung steht, mit den Populationen bereits gebildeter Sterne zu vergleichen. Durch die Verwendung von zwei verschiedenen Instrumenten bekommen Astronomen eine bessere Vorstellung davon, was die Sternentstehung auslöst. Die gemeinsamen Studien zeigen auch Prozesse und Ereignisse auf, die den Prozess verstärken.
Außerdem können sie herausfinden, was die Sternentstehung in verschiedenen Regionen behindert. Beispielsweise kann die Entstehung supermassereicher Sterne das verfügbare Gas verschlingen. Das lässt sehr wenig übrig, um kleinere Sterne zu bilden. An anderen Orten sendet der Tod supermassereicher Sterne in Supernova-Explosionen Schockwellen aus. Diese können den Prozess der Sternentstehung in nahe gelegenen Molekülwolken auslösen. Für NGC 4303 werden Astronomen Daten aus dieser und anderen Beobachtungen verwenden, um die Geschichte (und Zukunft) seiner Sternentstehungsaktivität herauszufinden.
Multiwellenlängenstudien der galaktischen Sternentstehung: Das große Ganze
Diese Untersuchung von NGC 4303 ist Teil eines größeren Projekts namens „Physics at High Angular Resolution in Nearby Galaxies“ (PHANGS). Es verwendet bodengestützte Teleskope sowie weltraumgestützte Observatorien, um detaillierte Beobachtungen benachbarter Galaxien durchzuführen. Die Idee ist, alle Aspekte der Struktur einer Galaxie mit so vielen verschiedenen Ansätzen in so vielen Wellenlängen wie möglich zu betrachten. Insbesondere will das Projekt die Physik und Wechselwirkungen von Gas und Sternentstehung vor dem Hintergrund der Galaxienstruktur und -entwicklung untersuchen.
PHANGS wird von einer Reihe anderer Projekte unterstützt, die ähnliche Studien zur Galaxienentwicklung und Sterngeburt bei unterschiedlichen Wellenlängen durchführen. Dazu gehört MUSTANG – das Multi-scale Star Formation across Nascent Galaxies-Projekt, das sich mit dem Lebenszyklus von Wolken und Sternentstehungsregionen befasst. Daten aus diesem Programm sind wichtig für Simulationen der Galaxienentstehung.
Letztendlich werden Studien von Galaxien wie NGC 4303 und anderen ein detailliertes Verständnis davon vermitteln, wie Galaxien und ihre Sterne entstehen und sich entwickeln. Im Fall von NGC 4303 sieht das Ausmaß sowohl der vergangenen als auch der zukünftigen Sternentstehung ziemlich beeindruckend aus. Die fast gleichmäßige Verteilung neutraler Gaswolken über ihre Spiralarme und ihren Kern sagt dieser Galaxie eine sehr glänzende Zukunft voraus.