Die ersten Sterne entstanden etwa hundert Millionen Jahre nach dem Urknall, und seitdem haben Sterne und Sternentstehungsprozesse das Universum erhellt. Als das Universum ungefähr drei Milliarden Jahre alt war, gipfelte die Sternentstehungsaktivität bei Raten, die zehnmal höher waren als die heutigen Level. Warum das geschah und ob die damaligen physikalischen Prozesse sich von den heutigen unterschieden oder nur aktiver waren (und warum), gehören zu den drängendsten Fragen in der Astronomie.
Weil Sterne aus Gas bestehen, ist der Gasgehalt von Galaxien ein Maß für ihr Sternbildungspotenzial, und zumindest im lokalen Universum ist der Anteil der gasförmigen Materie – der “Gasanteil” – ein Maß für die Sternbildungsfähigkeiten.
Gas in Galaxien wird verbraucht, wenn neue Sterne gebildet werden, und ein Teil davon wird durch Supernovae oder Winde aus dem System herausgeblasen. Gas kann dem System aber auch aus dem intergalaktischen Medium hinzugefügt werden, wenn es von der Galaxie angezogen wird. Diese Prozesse sind im lokalen Universum weitgehend bekannt, hauptsächlich weil die Galaxien hell und nahe genug sind, um detailliert untersucht werden zu können. Für Galaxien in der aktivsten Epoche der Sternentstehung ist die Entwicklung des Gasanteils jedoch weit weniger gut verstanden.
Der Gasanteil wird oft mittels Beobachtungen von Kohlenstoffmonoxid gemessen, einem häufig vorkommenden Gasmolekül. Aber im frühen Universum ist es schwierig durchzuführen, weil die Entfernungen die Linien abschwächen, während die kosmische Rotverschiebung die üblichen diagnostischen Übergänge in Wellenlängen verschiebt, die jenseits der Fähigkeiten aktueller Einrichtungen liegen.
Francesca Civano und ihre Kollegen nutzten das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), um die Gasanteile in einer Probe von 45 massereichen Galaxien in der kosmischen Epoche der aktivsten Sternbildung zu untersuchen. Obwohl die diagnostischen Emissionslinien des Gases zu schwach für eine Untersuchung waren, nutzte das Team das starke Staubkontinuum als Hinweisgeber. Dabei leiteten sie aus anderen Ergebnissen ab, dass das Verhältnis von Gas zu Staub gut genug bekannt ist.
Die Gasanteile der Galaxien in dieser Stichprobe ähnelten den Werten in anderen massereichen Galaxien, was eine Überraschung war, weil hinsichtlich des Gasanteils einige Entwicklungstrends erwartet wurden. Ihr anderes wichtiges Ergebnis besagt, dass die Beziehung zwischen dem Gasanteil und der Sternentstehungsaktivität in guter Übereinstimmung mit aktuellen Modellen liegt. Den Wissenschaftlern zufolge spricht das dafür, dass ein einziges “Rezept” zur Sternbildung im lokalen Universum bis hinein in die Epoche der Spitzenaktivität Anwendung findet.
Abhandlung: “Gas Fraction and Depletion Time of Massive Star Forming Galaxies at z~3.2: No Change in Global Star Formation Process” von E. Schinnerer, B. Groves, M.T. Sargent, A. Karim, P.A. Oesch, B. Magnelli, O. LeFevre, L. Tasca, F. Civano, P. Cassata, V. Smolcic, ApJ 2016 (in press).
(THK)
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