Die Frage, was die extrem schnelle Sternentstehung in hyperluminösen Infrarotgalaxien (HyLIRGs) auslöst, ist bislang unbekannt und von großem Interesse für unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Galaxien im Universum. Ein neues Foto der Europäischen Südsternwarte zeigt eine HyLIRG, die 10.000 Mal heller ist als unsere Milchstraße (im Infrarotlicht) – die entfernte Galaxie PJ0116-24 – und wurde zusammen mit einem neuen veröffentlicht veröffentlichtes Papier In Naturastronomie das Aufschluss über seine Entstehung gibt.
Frühere Studien legten nahe, dass solche extrem hellen Galaxien aus Galaxienverschmelzungen entstehen müssen. Diese Galaxienkollisionen erzeugen vermutlich dichte Gasregionen, in denen eine schnelle Sternentstehung ausgelöst wird. Isolierte Galaxien könnten aber auch allein durch interne Prozesse zu HyLIRGs werden, wenn sternbildendes Gas schnell in Richtung des Galaxienzentrums geleitet wird.
In der Arbeit mit dem Titel „Detaillierte Untersuchung einer seltenen hyperluminösen rotierenden Scheibe in einem Einstein-Ring vor 10 Milliarden Jahren“, bei der der Cornell-Astronom Amit Vishwas Ph.D. Koautor ist, wurden Beobachtungen des Very Large Telescope (VLT) der ESO und des Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) kombiniert, um die Bewegung des Gases innerhalb von PJ0116-24 zu untersuchen.
ALMA verfolgt kaltes Gas, das auf dem Foto blau dargestellt ist, während das VLT mit seinem neuen Enhanced Resolution Imager and Spectrograph (ERIS) warmes Gas verfolgt, das rot dargestellt ist. Dank dieser detaillierten Beobachtungen entdeckte das internationale Forscherteam, dass das Gas in dieser extremen Galaxie auf organisierte Weise rotierte und nicht auf die chaotische Weise, die nach einer galaktischen Kollision zu erwarten wäre – ein überraschendes Ergebnis. Dies zeige, so die Forscher, dass Verschmelzungen nicht immer notwendig sind, damit eine Galaxie zu einem HyLIRG wird.
PJ0116-24 ist so weit entfernt, dass sein Licht etwa 10 Milliarden Jahre brauchte, um uns zu erreichen. Eine Vordergrundgalaxie wirkte als Gravitationslinse und beugte und vergrößerte das Licht von PJ0116-24 dahinter zu dem hier sichtbaren Einsteinring. Diese präzise kosmische Ausrichtung ermöglicht es Astronomen, sehr weit entfernte Objekte heranzuzoomen und sie mit einer Detailgenauigkeit zu sehen, die sonst nur sehr schwer zu erreichen wäre.
Vishwas, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Cornell Center for Astrophysics and Planetary Sciences (CCAPS), half dabei, die Emission und Kinematik von atomarem und molekularem Gas in PJ0116-24 mithilfe von ALMA zu kartieren, was das Szenario einer rotierenden Scheibe stark unterstützte. Er war auch an der Datenerfassung mit dem neu in Betrieb genommenen ERIS-Instrument am VLT beteiligt. Die Forschung wurde von Daizhong Liu vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und dem Purple Mountain Observatory geleitet.
Die Interpretation der Gasbedingungen und Elementhäufigkeiten in PJ0116-24 ähnelt dem, was Vishwas und seine Co-Autoren letztes Jahr anhand von Daten des James Webb-Weltraumteleskops für eine andere Galaxie in einer früheren Epoche des Universums berichteten.
PJ0116-24 sei allerdings rund fünfmal massereicher und leuchtkräftiger als die im letztjährigen Artikel untersuchte Quelle, sagte Vishwas.
„In beiden Fällen half uns die Gravitationslinsenwirkung, näher heranzuzoomen und die Details des interstellaren Mediums dieser Galaxien zu untersuchen. Ich glaube, diese neuen Beobachtungen helfen uns, ein Argument für die Art und Weise zu liefern, wie sich Galaxien entwickeln und aufbauen – durch die effiziente Umwandlung von Gas in Sterne in schnellen Wachstumsschüben, die durch lange Perioden relativer Ruhe voneinander getrennt sind“, erklärte er.
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Daizhong Liu et al., Detaillierte Untersuchung einer seltenen hyperlumineszierenden rotierenden Scheibe in einem Einstein-Ring vor 10 Milliarden Jahren, Naturastronomie (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02296-7