Vor sechs Milliarden Jahren kollidierten zwei Galaxien, ihre vereinten Kräfte schleuderten einen Gasstrom Hunderttausende von Lichtjahren entfernt. Dieses ungewöhnliche Merkmal, das diese Woche von einem Team, dem Pitt-Astronomen angehörten, berichtet wurde, liefert eine neue mögliche Erklärung dafür, warum Galaxien aufhören, Sterne zu bilden.
„Eine der größten Fragen in der Astronomie ist, warum die größten Galaxien tot sind“, sagte David Setton, ein Ph.D. in Physik und Astronomie im sechsten Jahr. Student an der Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences. „Was wir gesehen haben, ist, dass, wenn man zwei Galaxien nimmt und sie zusammenschmettert, das tatsächlich Gas aus der Galaxie selbst reißen kann.“
In dem Teil des Weltraums, den wir bewohnen, haben die meisten großen Galaxien schon vor langer Zeit aufgehört, neue Sterne zu produzieren. Erst vor kurzem haben Astronomen damit begonnen, weiter weg zu suchen – und damit weiter in der Zeit zurück – mit den Werkzeugen, um kürzlich tote Galaxien zu finden und herauszufinden, wie sie so weit gekommen sind.
Das kalte Gas, das zu Sternen zusammenfließt, kann auf verschiedene Weise aus Galaxien entweichen, indem es von Schwarzen Löchern oder Supernovae weggeblasen wird. Und es gibt eine noch einfachere Möglichkeit, dass Galaxien einfach zur Ruhe kommen, wenn sie alle Rohstoffe für die Sternentstehung aufgebraucht haben.
Auf der Suche nach Beispielen für Galaxien, die kürzlich die Sternentstehung eingestellt haben, nutzte das Forscherteam den Sloan Digital Sky Survey, der Millionen von Galaxien mit einem Teleskop am Apache Point Observatory in New Mexico katalogisiert hat. Zusammen mit Beobachtungen des bodengestützten Radioastronomie-Netzwerks ALMA fanden die Forscher eine solche „Post-Starburst“-Galaxie sieben Milliarden Lichtjahre entfernt, die immer noch Anzeichen von verfügbarem sternbildendem Treibstoff zeigte. „Dann brauchten wir also eine Erklärung“, sagte Setton. „Wenn es Gas hat, warum bildet es dann keine Sterne?“
Ein zweiter Durchgang mit dem Hubble-Weltraumteleskop enthüllte dann den charakteristischen „Schweif“ aus Gas, der sich aus der Galaxie ausdehnt. Anhand dieses Merkmals konnten die Forscher wie forensische Ermittler, die durch ein Teleskop arbeiten, die Kollision der Galaxien und die enorme Gravitationskraft rekonstruieren, die Sterne auseinanderriss und einen Gasstrom über eine Entfernung von mehr als zwei Milchstraßen hintereinander schleuderte .
„Das war der rauchende Colt“, sagte Setton. „Wir waren alle so beeindruckt davon. So weit weg von der Galaxie sieht man einfach nicht so viel Gas.“
Das Team, darunter Pitt Physics and Astronomy Associate Professor Rachel Bezanson und Alaun Margaret Verrico (A&S ’21) zusammen mit Kollegen an der Texas A&M University und mehreren anderen Institutionen, berichtete über ihre Ergebnisse im Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe am 30. August.
Ein solch extremes Zusammentreffen von Galaxien ist wahrscheinlich selten, sagte Setton, aber weil die Schwerkraft große Objekte in dichte Gruppen zieht, ist ein solches Ereignis häufiger, als Sie vielleicht erwarten. „Es gibt all diese großen Hohlräume im Weltraum, aber alle größten Galaxien leben in Räumen, in denen alle anderen großen Galaxien leben“, sagte er. „Für ein so massives System erwartet man etwa alle 10 Milliarden Jahre solche großen Kollisionen.“
Settons Rolle bei dem Projekt bestand darin, die Größe und Form der Galaxie zu bestimmen, und er entdeckte, dass die Post-Merger-Galaxie abgesehen vom Schweif überraschend normal aussah. Sobald der Schweif in ein paar hundert Millionen Jahren verblasst, sieht er möglicherweise aus wie jede andere tote Galaxie – was weiter darauf hindeutet, dass der Prozess häufiger vorkommt, als es scheint, etwas, das das Team jetzt mit einer weiteren Untersuchung verfolgt.
Neben der Bereitstellung von Hinweisen darauf, wie das Universum so wurde, wie es ist, sagte Setton, dass solche Kollisionen eine Möglichkeit für die Zukunft unserer eigenen Galaxie widerspiegeln.
„Wenn Sie an einen dunklen Ort gehen und in den Nachthimmel schauen, können Sie die Andromeda-Galaxie sehen, die in fünf Milliarden Jahren genau das mit unserer Milchstraße anstellen könnte“, sagte Setton. „Es trägt dazu bei, die grundlegende Frage zu beantworten, was in Zukunft mit der Milchstraße passieren wird.“
Justin S. Spilker et al, Sternentstehungsunterdrückung durch Gezeitenentfernung von kaltem molekularem Gas aus einer massiven Post-Starburst-Galaxie mit mittlerer Rotverschiebung, Die Briefe des astrophysikalischen Journals (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac75ea