Hitzeflecken verraten die Wachstumsrate einer Galaxie vor 12 Milliarden Jahren

Ein internationales Astronomenteam hat eine Temperaturkarte des in einer der ältesten Spiralgalaxien des Universums treibenden Staubs erstellt, die neue Erkenntnisse darüber liefert, wie schnell die Galaxie wächst. Bisher konnten Forscher die Temperatur der entferntesten Galaxien nur grob messen, ohne zu zeigen, wie die Temperaturen in einzelnen Bereichen variieren.

Diese Forschung wird in einem heute veröffentlichten Artikel beschrieben Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society (MNRAS) zeigt eindeutige Temperaturschwankungen innerhalb der fernen Galaxie, was auf zwei unterschiedliche Wärmequellen hinweist – ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie und die Wärme, die von neu gebildeten Sternen in der umgebenden rotierenden Scheibe erzeugt wird.

„Die Temperatur des Staubs einer Galaxie kann stark variieren, je nachdem, in welcher Region er sich befindet“, sagt der Hauptautor der Studie von der Australian National University (ANU) in Canberra. „Aber die meisten Messungen der Staubtemperatur entfernter Galaxien betrafen in der Vergangenheit aufgrund der begrenzten Instrumentenauflösung die Galaxie als Ganzes.“

„Wir konnten die Temperatur von Region zu Region messen und so bestimmen, wie viel Wärme von einzelnen Quellen kommt. Bisher war eine solche Kartierung meist auf nahegelegene Galaxien beschränkt.“

Die Forschung zeigt einen klaren Unterschied zwischen warmem Staub in der zentralen Region – wo die Wärme vom supermassiven Schwarzen Loch der Galaxie abgeleitet wird – und kälterem Staub in der äußeren Region, der wahrscheinlich durch Sternentstehung erhitzt wird.

Die meisten Galaxien haben ein supermassives Schwarzes Loch im Zentrum, dessen Masse vermutlich mit der Galaxie zunimmt. Wenn das Gas am Schwarzen Loch ansammelt, wird es durch Kollisionen der sich schnell bewegenden Teilchen in der Umgebung des Schwarzen Lochs erhitzt und leuchtet manchmal heller als der Sternkörper der Galaxie selbst.

„Die Heizenergie des Schwarzen Lochs spiegelt die Menge des ihm zugeführten Gases und damit die Wachstumsrate des Schwarzen Lochs wider, während die Heizenergie der Sternentstehung die Anzahl der Sterne widerspiegelt, die sich in der Galaxie neu bilden – die Wachstumsrate der Galaxie.“ Sagt Dr. Tsukui.

„Diese Entdeckung liefert ein klareres Bild davon, wie Galaxien und zentrale massereiche Schwarze Löcher im frühen Universum entstehen und wachsen.“

Möglich wurde die aktuelle Forschung durch das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-Teleskop der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile.

„Diese Studie demonstriert die Fähigkeit des ALMA-Teleskops zur detaillierten Kartierung, das von der ESO betrieben wird“, sagte Astro3D-Direktorin Professorin Emma Ryan-Weber. „ALMA ist das leistungsstärkste Array zur Messung von Millimeter- und Submillimeterstrahlung. Es ist unglaublich, dass ALMA eine 12 Milliarden Jahre alte Galaxie betrachten und das Bild in zwei Komponenten zerlegen kann – eine aus Staub, der vom zentralen supermassereichen Loch erhitzt wird, und die andere.“ aus dem Staub in der darunter liegenden Wirtsgalaxie.“