Wissenschaftler finden schwer fassbares Gas aus Post-Starburst-Galaxien, das sich vor aller Augen versteckt

Wissenschaftler haben entdeckt, dass Post-Starburst-Galaxien ihr Gas kondensieren, anstatt es auszustoßen, was die Frage aufwirft: Was hält sie eigentlich davon ab, Sterne zu bilden?

Früher wurde angenommen, dass Post-Starburst-Galaxien ihr gesamtes Gas und ihren Staub – den Brennstoff, der für die Entstehung neuer Sterne benötigt wird – in heftigen Energieausbrüchen und mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit verstreuen. Jetzt zeigen neue Daten des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), dass diese Galaxien doch nicht ihren gesamten sternbildenden Treibstoff verstreuen. Stattdessen halten und komprimieren diese ruhenden Galaxien nach ihrem vermeintlichen Ende große Mengen hochkonzentrierten, turbulenten Gases. Aber wider Erwarten verwenden sie es nicht, um Sterne zu bilden.

In den meisten Galaxien erwarten Wissenschaftler, dass sich Gas ähnlich wie Sternenlicht verteilt. Aber für Post-Starburst-Galaxien oder PSBs ist dies nicht der Fall. PSBs unterscheiden sich von anderen Galaxien, weil sie nach heftigen Kollisionen oder Verschmelzungen zwischen Galaxien geboren werden. Galaxienverschmelzungen lösen normalerweise massive Ausbrüche von Sternentstehung aus, aber in PSBs verlangsamt sich dieser Ausbruch und hört fast vollständig auf, sobald er beginnt. Infolgedessen glaubten Wissenschaftler zuvor, dass in den zentralen Sternentstehungsfabriken dieser Galaxien nur noch wenig oder kein sternenbildender Treibstoff übrig war. Und bis jetzt ging man davon aus, dass die molekularen Gase entweder durch stellare Prozesse oder durch die Wirkung schwarzer Löcher in Radien weit jenseits der Galaxien umverteilt wurden. Die neuen Ergebnisse stellen diese Theorie in Frage.

„Wir wissen seit einiger Zeit, dass sich große Mengen an molekularem Gas in der Nähe von PSBs befinden, konnten aber nicht sagen, wo, was uns wiederum daran gehindert hat zu verstehen, warum diese Galaxien aufgehört haben, Sterne zu bilden. Jetzt haben wir es eine beträchtliche Menge Restgas in den Galaxien entdeckt, und dieses Restgas ist sehr kompakt“, sagte Adam Smercina, Astronom an der University of Washington und Hauptforscher der Studie. „Obwohl dieses kompakte Gas effizient Sterne bilden sollte, ist es das nicht. Tatsächlich ist es weniger als 10 Prozent so effizient, wie es von einem ähnlich kompakten Gas erwartet wird.“

Das Gas in den beobachteten ruhenden – oder ruhenden – Galaxien war nicht nur kompakt genug, um Sterne zu bilden, sondern hielt noch eine weitere Überraschung für das Team bereit: Es befand sich oft zentral, wenn auch nicht immer, und war überraschend turbulent. Zusammen führten diese beiden Eigenschaften zu mehr Fragen als Antworten für Forscher.

„Die Sternentstehungsraten in den von uns beobachteten PSBs sind viel niedriger als in anderen Galaxien, obwohl es anscheinend reichlich Treibstoff gibt, um den Prozess aufrechtzuerhalten“, sagte Smercina. „In diesem Fall kann die Sternentstehung aufgrund von Turbulenzen im Gas unterdrückt werden, ähnlich wie ein starker Wind ein Feuer unterdrücken kann. Die Sternentstehung kann jedoch auch durch Turbulenzen verstärkt werden, genau wie Wind Flammen entzünden kann, also verstehen, was erzeugt wird Diese turbulente Energie und wie genau sie zum Ruhezustand beiträgt, ist eine verbleibende Frage dieser Arbeit.“

Decker French, Astronom an der University of Illinois und Co-Autor der Forschung, fügte hinzu: „Diese Ergebnisse werfen die Frage auf, welche Energiequellen in diesen Galaxien vorhanden sind, um Turbulenzen anzutreiben und zu verhindern, dass das Gas neue Sterne bildet. Eine Möglichkeit ist Energie aus der Akkretionsscheibe der zentralen supermassiven Schwarzen Löcher in diesen Galaxien.“

Ein klares Verständnis der Prozesse, die die Entstehung von Sternen und Galaxien steuern, ist der Schlüssel, um einen Kontext für das Universum und unseren Platz darin zu schaffen. Die Entdeckung von turbulentem, kompaktem Gas in ansonsten ruhenden Galaxien gibt Forschern einen weiteren Hinweis auf die Lösung des Rätsels, wie insbesondere Galaxien im Laufe von Milliarden von Jahren leben, sich entwickeln und sterben. Und das bedeutet zusätzliche zukünftige Forschung mit Hilfe des 1,3-mm-Empfängers von ALMA, der das ansonsten Unsichtbare mit absoluter Klarheit sieht.

JD Smith, ein Astronom an der Universität von Toledo und Mitautor der Forschung, sagte: „Es gibt vieles über die Entwicklung einer typischen Galaxie, die wir nicht verstehen, und den Übergang von ihrem pulsierenden Sternenbildungsleben in die Ruhe ist eine der am wenigsten verstandenen Perioden. Obwohl Post-Starbursts im frühen Universum sehr häufig waren, sind sie heute ziemlich selten. Das bedeutet, dass die nächsten Beispiele immer noch Hunderte Millionen Lichtjahre entfernt sind, aber diese Ereignisse lassen das mögliche Ergebnis von ahnen eine Kollision oder Verschmelzung zwischen der Milchstraße und der Andromeda-Galaxie in mehreren Milliarden Jahren. Nur mit der unglaublichen Auflösungskraft von ALMA könnten wir tief in die molekularen Reservoirs blicken, die ‚nach dem Fall‘ zurückgelassen wurden.“

Smercina fügte hinzu: „Es ist oft so, dass wir als Astronomen die Antworten auf unsere eigenen Fragen vor den Beobachtungen intuitiv finden, aber dieses Mal haben wir etwas völlig Unerwartetes über das Universum gelernt.“

Die Ergebnisse der Studie werden heute in veröffentlicht Das Astrophysikalische Journal.