Neue Erkenntnisse über die Sternentstehungsrate im frühen Universum

Hubble-Aufnahme von entfernten Galaxien im GOODS-South-Feld. Astronomen haben herausgefunden, dass die Sternentstehungsrate eine Milliarde Jahre nach dem Urknall bedeutend höher war als heute. (NASA / HST / GOODS Team)
Hubble-Aufnahme von entfernten Galaxien im GOODS-South-Feld. Astronomen haben herausgefunden, dass die Sternentstehungsrate eine Milliarde Jahre nach dem Urknall bedeutend höher war als heute. (NASA / HST / GOODS Team)

In den vergangenen zehn Jahren hat die beispiellose Empfindlichkeit astronomischer Beobachtungen eine Revolution hinsichtlich unseres Wissens über Galaxien im frühen Universum eingeleitet. Es ist jetzt möglich, die Mechanismen und Prozesse direkt zu untersuchen, welche die Vielfalt der Galaxien bildete, die wir heute im lokalen Universum sehen. Die Ergebnisse liefern nicht nur Einblicke in die Prozesse der Galaxienentstehung, sie helfen uns auch, die Rolle dieser ersten Galaxien im Universum zu verstehen: Insbesondere das ultraviolette Licht von heißen, jungen Sternen ionisierte das intergalaktische Medium, das seit seiner Entstehung in einer früheren Epoche neutrale Atome enthalten hatte. In dieser Epoche wurde auch die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung produziert.

Eine der Schlüsselfragen der Kosmologie ist die stellare Zusammensetzung junger Galaxien, die etwa zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall entstanden. Beobachtungsprogramme stellten fest, dass ein entscheidender Beitrag zu der Reionisation nicht von erkennbaren Quellen stammen musste, sondern von schwachen Galaxien, die unterhalb den aktuellen Nachweisgrenzen liegen. Obwohl sie lichtschwach sind, tragen diese Galaxien und ihre Sterne ebenfalls zum gemeinsamen Wachstum der Sternpopulation im Universum bei. Erfolgreiche Modelle der Galaxienentwicklung müssen alle Quellen der Sternentstehung berücksichtigen.

Die Messung der stellaren Massen von Galaxien in kosmologischen Entfernungen ist schwierig. Der Astronom Matt Ashby vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) schloss sich einem Astronomenteam an, das mit den Weltraumteleskopen Spitzer und Hubble mehr als 30.000 Galaxien analysierte und sich dabei besonders auf Objekte im frühen Universum konzentrierte. Die Wissenschaftler untersuchten die ersten paar Milliarden Jahre des Universums, um die Verteilung der stellaren Massen und die Sternentstehungsraten von Galaxien in Epochen zu bestimmen, die bis etwa 800 Millionen Jahre nach dem Urknall zurückreichen.

Mit beeindruckenden Beobachtungs- und Analysefähigkeiten hat das Team frühere Messungen verbessert und (neben anderen Dingen) festgestellt, dass die Sternentstehungsrate pro Raumvolumen etwa drei Milliarden Jahre nach dem Urknall ihren Höchstwert erreichte und dann abklang. Weil das Universum expandierte und alterte, verringerte sich die Sternentstehungsrate pro verfügbarer Masseneinheit ebenfalls stetig.

Abhandlung: “The Mass Evolution of the First Galaxies: Stellar Mass Functions and Star Formation Rates at 4 < z < 7 in the CANDELS GOODS-South Field” von K. Duncan, C. J. Conselice, A. Mortlock, W. G. Hartley, Y. Guo, H. C. Ferguson, R. Dave, Y. Lu, J. Ownsworth, M. L. N. Ashby, A. Dekel, M. Dickinson, S. Faber, M. Giavalisco, N. Grogin, D. Kocevski, A. Koekemoer, R. S. Somerville und C. E. White, MNRAS 444, 2960–2984, 2014

Quelle: http://www.cfa.harvard.edu/news/su201440

(THK)

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