Darum gehts
- Astronomen beobachten Galaxienverschmelzung bereits 1,4 Mrd. Jahre nach Urknall
- Im Protocluster «SPT2349-56» wird alle 40 Minuten ein neuer Stern hervorgebracht
- Protocluster kollabiert zu riesiger elliptischer Galaxie in 300 Mio. Jahren
Bereits im frühen Universum gab es massereiche, weit entwickelte Galaxien. Wie diese so früh entstehen konnten, war lange ein Rätsel, würde man zu dieser Zeit eher kleinere Galaxien mit jungen Sternen erwarten. Ein Team um den österreichischen Astrophysiker Nikolaus Sulzenauer zeigt nun im Fachblatt «The Astrophysical Journal», wie nur 1,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall Dutzende Galaxien rasch verschmelzen und eine riesige elliptische Galaxie bilden konnten.
In den vergangenen zwei Jahrzehnten wurden zur Überraschung der Astronomen viele elliptische Galaxien mit älteren Sternen und sehr wenig kaltem Gas, aus dem neue Sterne entstehen können, entdeckt. Diese entstanden nur wenige Milliarden Jahre nach dem Urknall. Mit den existierenden Modellen, die die Entstehung von Strukturen im Kosmos beschreiben, liess sich das nicht ausreichend erklären.
1,4 Milliarden Jahre alter Protocluster
Das Forschungsteam um Sulzenauer und Axel Weiss vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) hat mit dem Radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) in Chile das kalte Gas und den Staub im Zentrum des 1,4 Milliarden Jahre alten Protoclusters «SPT2349-56» beobachtet. Als Protocluster bezeichnet man ausgedehnte Vorläuferstrukturen von Galaxienhaufen mit hoher Materiedichte aus dem frühen Universum.
Die ALMA-Daten zeigten, «wie eine extrem kompakte Gruppe von 40 Galaxien zeitgleich interagiert und zu einem gemeinsamen Zentrum zusammenfällt», erklärte Sulzenauer der österreichischen Nachrichtenagentur APA.
Die Strukturen mit den höchsten Dichten müssen sich dabei bereits bei nur zehn Prozent des Alters des Kosmos (13,8 Mrd. Jahre) von der Expansion des Universums entkoppelt und rasch diesen Protocluster mit kollabierenden Strukturen gebildet haben. Das durch Kollaps verdichtete Gas und die Sternentstehung in diesen Gebieten offenbaren sich in einem «kosmischen, unglaublich hellen Feuerwerk im fernen Infrarot- und Millimeterbereich».
Alle 40 Minuten ein neuer Stern
Der beobachtete Protocluster «SPT2349-56» hält, den Forschern zufolge, den Rekord für die aktivste Sternfabrik: Im Zentrum fanden sie vier eng miteinander wechselwirkende Galaxien, die alle 40 Minuten einen Stern hervorbringen. Zum Vergleich: In der Milchstrasse dauert es derzeit ein Jahr, bis sich drei bis vier Sterne bilden.
«Dieses Galaxienquartett stösst riesige, zusammenhängende Gezeitenarme mit einer Geschwindigkeit von 300 Kilometern pro Sekunde aus, die sich über einen Bereich erstrecken, der viel grösser ist als die Milchstrasse», erklärte Sulzenauer. Die Gasklumpen in den Armen sind wie Perlen einer Kette aufgefädelt und umgeben den Kern des Protoclusters. «Zu unserer Überraschung sind diese Klumpen mit 20 weiteren Galaxien verbunden, die sich in den Aussenbereichen der kollabierenden Struktur befinden, was auf einen gemeinsamen Ursprung hindeutet», so Sulzenauer.
Kaskadenartige Verschmelzung
Erstmals konnten die Astronomen den Beginn einer solch kaskadenartigen Verschmelzung beobachten. Anstatt wie bisher angenommen über Milliarden Jahre hinweg langsam Masse anzusammeln, werden voraussichtlich die meisten der 40 gasreichen Galaxien in dem Protocluster zerstört. Diese bilden schliesslich, in der im kosmischen Massstab kurzen Zeit von weniger als 300 Millionen Jahren, eine einzige, riesige elliptische Galaxie.
Es sei noch zu früh, um zu behaupten, dass man die frühe Kindheit riesiger elliptischer Galaxien vollständig verstehe, betonte das Forschungsteam. Beim Verständnis der Verbindung zwischen den Gezeitenarmen in Protoclustern und dem Entstehungsprozess massereicher Galaxien sei man aber schon weit gekommen.