MPA-STARTSEITE 
Zurueck zur Startseite
 

  Aktuelle Forschung :: April 2012 Zur Übersicht

Gas in alten elliptischen Galaxien – Material für neue Sterne

Unser Wissen über kaltes Gas in elliptischen Galaxien ist nach wie vor lückenhaft. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astrophysik haben nun eine neue Methode entwickelt die Beobachtungsdaten von mehreren hundert Galaxien so zu überlagern, dass sie Informationen über ihren Gasgehalt erhalten, die für einzelne Galaxien nur schwer nachzuweisen sind. Dabei stellten die Forscher fest, dass selbst alte, elliptische Galaxien eine Gasscheibe enthalten, die zeitweise von jungen Sternen erhellt wird.

Abb. 1: Schematische Darstellung des 3-dimensionalen ALFALFA-Datenwürfels. Jeder Punkt entspricht einem Ort am Himmel (bestimmt durch RA und Dec) und einer Geschwindigkeit, wobei jeder Würfel 2,4° x 2,4° x 5500 km/s (25 MHz) umfasst. Für jeden Punkt wird ein Wert für die Flussdichte bestimmt. Für jedes Objekt extrahieren wir aus dem Datenwürfel ein Spektrum über den Geschwindigkeitsbereich an einer bestimmten Position am Himmel. Zwei Beispiele für extrahierte Spektren sind rechts gezeigt, einmal für den Nachweis einer HI-Region (unten) und einmal für einen Nicht-Nachweis (oben).
Bildnachweis: Fabello, S. et al, 2011, MNRAS, 411, 993

Abb. 2: Beispiel für ein überlagertes Spektrum (vgl. mit den Einzelspektren in Abb. 1). Die gepunkteten Linien zeigen die Grenzen, innerhalb derer der Fluss für die Berechnung der Masse in atomarem Gas herangezogen wurde.
Bildnachweis: Fabello, S. et al, 2011, MNRAS, 411, 993

Abb. 3: Einige Beispiele für nahe, elliptische Galaxien, bei denen äußere Ringe mit aktiver Sternentstehung gefunden wurden. In diesen Bildern des Hubble-Weltraumteleskops ist das ultraviolette Licht von jungen Sternen blau dargestellt und das grüne und rote Licht der Galaxien in ihren natürlichen Farben.
Bildnachweis: NASA/ESA /JPL-Caltech/STScI /UCLA

Abb. 4: Vergrößerte Aufnahme aus einer Galaxiensimulation, die zeigt, wie die Galaxie durch das „Ram Pressure Stripping“ Gas verliert. „Ram Pressure“ oder „Staudruck“ bezeichnet dabei in der Physik den Druck auf einen Körper, der sich durch eine Flüssigkeit bewegt. Dieser Staudruck übt eine starke Bremskraft auf den Körper aus. Im Falle einer Galaxie, die sich durch das intergalaktische Gas bewegt, könnte der Staudruck ausreichen, einen Großteil des interstellaren Gases aus der Galaxie zu entfernen. Dies hängt von der Dichte des Gases in der Umgebung und der Geschwindigkeit des Körpers ab.
Bildnachweis: Universität Zürich

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 linkPfeilExtern.gifhttp://adsabs.harvard.edu/abs/2011MNRAS.411..993F

Weitere links:

linkPfeilExtern.gifDas ALFALFA-Projekt
linkPfeilExtern.gifDer Sloan Digital Sky Survey


drucken.gif Druckversion topPfeil.gif Top
© 2003—2017, Max-Planck-Gesellschaft, München
Letzte Änderung: 29.3.2012