Studien zum kalten neutralen Gas in Galaxien waren aufgrund technischer Schwierigkeiten immer weit schwieriger als Studien der Sterne in Galaxien. Sterne emittieren Licht bei optischen Wellenlängen, wohingegen das kalte Gas aus atomarem Wasserstoff (HI) Strahlung bei einer Wellenlänge von 21 cm abgibt und damit nur im Radiowellenbereich nachweisbar ist.

Über die letzten Jahre wurden verstärkt Anstrengungen unternommen, große Himmelsregionen mit den bestehenden Radioteleskopen in der HI-Wellenlänge abzutasten. Das fortschrittlichste Projekt ist der Arecibo Legacy Fast ALFA Survey (ALFALFA) mit einem erwarteten Nachweis von über 30 000 extragalaktische HI-Quellen. Verglichen mit modernen optischen Galaxiendurchmusterungen wie dem Sloan Digital Sky Survey kann ALFALFA allerdings immer noch nicht sehr weit in die Tiefen des Alls vordringen. Daher sind die meisten Galaxien, die in einer derartigen Studie gefunden werden, späte Spiral- und irreguläre Galaxien. Über das kalte Gas in elliptischen und linsenförmigen Galaxien weiß man noch relativ wenig.

Zusammen mit Forschern an der Cornell-Universität haben MPA-Wissenschaftler nun eine neue Methode entwickelt, mit dem sie den mittleren Gehalt an atomarem Gas in elliptischen Galaxien messen können. Dafür extrahierte das Team Spektren aus den ALFALFA-Datenwürfeln (siehe Abb. 1) an den Positionen, an denen im Sloan Digital Sky Survey elliptische Galaxien nachgewiesen wurden. In den einzelnen Spektren war die HI-Linie dabei normalerweise nicht nachweisbar; wenn die Spektren allerdings sorgfältig überlagert wurden, so kam die HI-Linie zum Vorschein (siehe Abb. 2). Damit konnten die MPA-Wissenschaftler die mittlere HI-Gasmasse der untersuchten Galaxien bestimmen.

Interessanterweise stellte sich heraus, dass der mittlere Massenanteil an HI-Gas nicht unter zwei Prozent fällt, auch nicht in den massereichsten und rötesten (ältesten) elliptischen Galaxien. Doch wo befindet sich dieses Gas? Ist es in der kugelförmigen Komponente der Galaxie konzentriert, oder über große Radien in einer Scheibe oder einem Ring verteilt? Mit der 4 Bogenminuten-Auflösung des Arecibo-Teleskops kann man den genauen Ort des Gases nicht bestimmen. Die MPA-Wissenschaftler nutzten statistische Methoden um nachzuweisen, dass das Gas nicht mit dem zentralen Spheroid assoziiert ist sondern sich in einer Scheibe befinden muss. Interessanterweise konnte das Hubble-Weltraumteleskop inzwischen auch eine Reihe von elliptischen Galaxien identifizieren, die einen äußeren Ring mit Sternentstehungsgebieten besitzen (siehe Abb. 3). Diese Beobachtungen weisen darauf hin, dass elliptische Galaxien gelegentlich Gas ihrer Umgebung aufsammeln und neue Sterne bilden.

Die MPA-Wissenschaftler untersuchten mit ihrer neuen Überlagerungsmethode auch das atomare Gas von Galaxien in Galaxiengruppen. Man weiß bereits seit langem, dass Galaxien mit hohen Umgebungsdichten wie in Gruppen oder Haufen weniger aktiv neue Sterne bilden als isolierte Galaxien. Warum das so ist, wird derzeit noch diskutiert. Eine weitverbreitete Theorie besagt, dass Galaxien in einer dichten Umgebung kein weiteres Gas aus dem externen Umfeld aufsammeln können, um damit neue Sterne zu bilden; im Lauf von einigen Milliarden Jahren hungern sie einfach aus. Neue Ergebnisse der MPA-Wissenschaftler deuten nun darauf hin, dass Gruppen weitaus „tödlicher“ für einige Galaxien sein könnten als bisher angenommen. Galaxien mit geringer Masse scheinen ihr atomares Gas zu verlieren, wenn sie sich in einer Gruppe befinden. Dieser Prozess wird als Ram Pressure Stripping bezeichnet (Gasverlust durch Staudruck, siehe Abb. 4), man dachte bisher allerdings, dass er nur in sehr großen Galaxienhaufen wirksam ist. Wenn man den MPA-Ergebnissen Glauben schenkt, so muss man kleinen Galaxien raten, ihr Leben einsam auf dem Lande zu verbringen, wenn sie ihr Futter behalten wollen!

Zukünftige Radiodurchmusterungen werden hunderte Male empfindlicher sein als ALFALFA und das Gas in Hunderttausenden Galaxien kartographieren können, die über einen Großteil des Himmels verteilt sind. Damit werden die Wissenschaftler ein vollständigeres Bild davon erhalten, wie Galaxien ihr Gas bekommen und verlieren.

Silvia Fabello, Barbara Catinella, Guinevere Kauffmann

Originalveröffentlichung:

Fabello, Silvia; Catinella, Barbara; Giovanelli, Riccardo; Kauffmann, Guinevere; Haynes, Martha P.; Heckman, Timothy M.; Schiminovich, David; "ALFALFA H I data stacking - I. Does the bulge quench ongoing star formation in early-type galaxies?", MNRAS, 411, Issue 2, pp. 993-1012 http://adsabs.harvard.edu/abs/2011MNRAS.411..993F

Weitere links:

Das ALFALFA-Projekt
Der Sloan Digital Sky Survey