Aktiv sternbildende Galaxien bringen viele massereiche Sterne hervor, die große Mengen ultravioletter Strahlung emittieren. Das neutrale Wasserstoffgas in diesen Galaxien (oder in dem zwischen ihnen liegenden intergalaktischen Medium) absorbiert fast das gesamte UV-Licht mit Wellenlängen unter 912 Ångström, der charakteristischen Wellenlänge des Wasserstoffübergangs.
Beobachter dieser Starburst-Galaxien sehen bei dieser Wellenlänge daher einen starken Abfall in ihren Spektren, was als Lyman-Break bezeichnet wird. Zum Vergleich: Sichtbares blaues Licht hat eine viel größere Wellenlänge um etwa 4.000 Ångström. Weil Galaxien im fernen Universum sich von uns entfernen (wie ihr rotverschobenes Spektrum zeigt), ist ihr Lyman-Break in sichtbare Wellenlängen verschoben, wo optische Instrumente das Phänomen registrieren können.
Massereiche Galaxienhaufen im lokalen Universum und ihre massereichen Mitglieder müssen im frühen Universum mit der Sternbildung begonnen haben, um heute so groß zu sein. Astronomen sehen in der Tat deutlich stärkere Sternentstehungsaktivitäten in fernen Proto-Galaxienhaufen, die teilweise im Rahmen von Suchprogrammen nach ihren Lyman-Break-Signaturen identifiziert wurden.
Der Astronom Mark Gurwell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) war Mitglied eines internationalen Teams, das das Submillimeter Array (SMA) und die SCUBA-2 Submillimeter-Kamera am James Clerk Maxwell Telescope nutze, um zwei der größten bekannten dichten Galaxienhaufen aus einer Epoche rund 2,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall zu untersuchen. Das SMA konnte die räumlich dicht gepackten Galaxien auflösen. Insgesamt fand das Team 56 helle Galaxien in sehr dichten Regionen, die einen Durchmesser von nur fünf Millionen Lichtjahren aufweisen. Zum Vergleich: Die Andromeda-Galaxie, die größte Nachbargalaxie der Milchstraßen-Galaxie, ist rund 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt.
Die Wissenschaftler nutzten die Infrarot- und Submillimeterhelligkeit dieser Galaxienhaufen, um ihre Sternentstehungsaktivität zu schätzen und fanden unglaubliche Sternentstehungsraten: Sie liegen bei 10.000 beziehungsweise 3.000 Sonnenmassen pro Jahr in Form neuer Sterne. Die Milchstraßen-Galaxien produziert etwa einen neuen Stern pro Jahr.
Die Ergebnisse stimmen mit der Theorie überein, dass das Universum während dieser Epoche Sterne mit einer beträchtlich höheren Rate produzierte als heute. Die Arbeit hilft durch die Verbesserung von Simulationen der Galaxienstruktur auch dabei, unser Wissen über die Verteilung der Dunklen Materie zu verfeinern, da diese Galaxien in Halos aus Dunkler Materie entstehen.
Abhandlung: “Two Sub-Millimetre Bright Protoclusters Bounding the Epoch of Peak Star-Formation Activity” von Kevin M. Lacaille, Scott C. Chapman, Ian Smail, C. C. Steidel, A. W. Blain, J. Geach, A. Golob, M. Gurwell, R. J. Ivison, N. Reddy und M. Sawicki, MNRAS 488, 1790, 2019.
(THK)
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