Astronomen des International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) an der University of Western Australia haben eine neue Möglichkeit zur Untersuchung von Sternentstehungsprozessen in Galaxien am Anbeginn der Zeit entwickelt.
“Sterne können als riesige Kernfusionskraftwerke angesehen werden”, sagte die leitende Wissenschaftlerin Dr. Sabine Bellstedt vom ICRAR. “Sie nehmen leichtere Elemente wie Wasserstoff und Helium und produzieren im Laufe von Milliarden Jahren die schwereren Elemente des Periodensystems, die wir heute im Universum verstreut finden.”
“Der Kohlenstoff, das Kalzium und das Eisen in unserem Körper, der Sauerstoff, den wir atmen, und das Silizium in unseren Computern existieren, weil ein Stern diese schwereren Elemente erschaffen und sie zurückgelassen hat”, sagte Bellstedt. “Sterne sind die ultimativen Elementfabriken im Universum.”
Um zu verstehen, wie Galaxien vor Milliarden Jahren entstanden, muss man mit leistungsfähigen Teleskopen Galaxien beobachten, die viele Milliarden Lichtjahre entfernt im fernen Universum liegen, was eine schwierige Aufgabe ist.
Nahe Galaxien sind jedoch viel leichter zu beobachten. Mit dem Licht dieser lokalen Galaxien können Astronomen die Geschichte ihres Lebens zusammensetzen, ihre sogenannte Sternentstehungsgeschichte. Das ermöglicht den Forschern zu bestimmen, wie und wann sie in ihren frühen Entwicklungsstadien vor Milliarden Jahren Sterne gebildet haben, ohne Schwierigkeiten bei der Beobachtung von Galaxien im fernen Universum zu haben.
Astronomen, die die Sternentstehungsgeschichten untersuchten, haben vermutet, dass sich die Gesamtmetallizität (der Anteil schwerer Elemente) in einer Galaxie im Verlauf der Zeit nicht ändert. Aber als sie diese Modelle nutzten, um festzustellen, wann die Sterne im Universum entstanden sein sollten, passten die Ergebnisse nicht zu dem, was sie durch ihre Teleskope sahen.
“Dass die Ergebnisse nicht mit unseren Beobachten übereinstimmen, ist ein großes Problem”, sagte Bellstedt. “Es sagt uns, dass wir irgendetwas übersehen haben. Wie sich herausstellt, ist dieser fehlende Faktor das langsame Aufbauen schwerer Metalle innerhalb der Galaxien im Laufe der Zeit.”
Mit einem neuen Algorithmus zur Modellierung der Energie und Wellenlängen von fast 7.000 nahen Galaxien konnten die Forscher rekonstruieren, wann der Großteil der Sterne im Universum entstand. Dies stimmte erstmals mit Teleskopbeobachtungen überein. Der Entwickler des neuen Codes namens ProSpect ist der außerordentliche Professor Aaron Robotham vom ICRAR.
“Dies ist das erste Mal, dass wir auf Basis unserer Analyse der 7.000 nahen Galaxien begrenzen konnten, wie sich die schwereren Elemente in den Galaxien mit der Zeit verändern”, sagte Robotham. “Dieses galaktische Labor vor unserer Haustür liefert uns viele Beobachtungen, um diesen neuen Ansatz zu prüfen und wir sind sehr aufgeregt, dass er funktioniert. Mit diesem Hilfsmittel können wir jetzt nahe Galaxien analysieren, um den Zustand des Universums zu bestimmen und die Rate, mit der Sterne entstehen und wie die Masse in jedem Zustand während der letzten 13 Milliarden Jahre wächst. Das ist absolut verblüffend.”
Diese Arbeit bestätigt auch eine wichtige Theorie darüber, wann die meisten Sterne im Universum entstanden. “Die meisten Sterne im Universum wurden in extrem massereichen Galaxien in der Frühzeit des Universums gebildet, etwa 3-4 Milliarden Jahre nach dem Urknall”, sagte Bellstedt. “Heute ist das Universum fast 14 Milliarden Jahre alt, und die meisten neuen Sterne werden in kleineren Galaxien gebildet.”
Basierend auf dieser Arbeit wird die nächste Herausforderung des Teams darin bestehen, die mit dieser Technik untersuchte Stichprobe zu erweitern, um zu verstehen, wann, wo und warum die Galaxien sterben und mit der Produktion neuer Sterne aufhören.
Bellstedt und Robotham berichten zusammen mit Kollegen aus Australien, Großbritannien und den Vereinigten Staaten in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society über ihre Ergebnisse.
(THK)
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