Für das ATLAS^3D Projekt wurden 260 Galaxien - in einem Abstand von bis zu 42 Mpc - des frühen Typs (elliptische und linsenförmige Galaxien) bei optischen, Radio- und Millimeter-Wellenlängen beobachtet. Damit konnte das Team die Dynamik, die Sternentstehungsgeschichte, das Alter und die Metallizität der stellaren Komponente und die Eigenschaften des Gases (molekular, neutral und ionisiert) untersuchen (siehe Abb. 1). Die zwei-dimensionalen Beobachtungen der stellaren Kinematik brachten ein überraschendes Ergebnis: Während die meisten massearmen elliptischen Galaxien (~ 80 %) sehr deutlich rotieren - wie dicke stellare Scheiben - rotieren die massereichen Galaxien nur sehr langsam (siehe Abb. 2). Einige davon (7 von 260) sind recht rund und zeigen überhaupt keine Hinweise auf geordnete Rotation. Sie stehen still.

Die vollkommene Abwesenheit von galaktischer Rotation ist mit gängigen Theorien zur Entstehung von elliptischen Galaxien nur schwer vereinbar. Man nimmt typischerweise an, dass es sich um ausgebrannte Spiralgalaxien handelt, oder dass sie sich bei Verschmelzungen von etwa gleich grossen Scheibengalaxien gebildet haben. Sie können auch mit anderen elliptischen Galaxien verschmelzen. Viele Studien haben jedoch gezeigt, dass diese Entstehungsmechanismen nicht zu den beobachteten Eigenschaften der stillstehenden Galaxien führen.

Als Teil der theoretischen Untersuchungen im Rahmen von ATLAS^3D hat eine Gruppe von MPA Wissenschaftlern hochaufgelöste Computersimulationen zur Bildung und Entwicklung von massereichen Galaxien durchgeführt. Die Kinematik der Sterne der simulierten Galaxien wurde mit den gleichen Methoden untersucht, die auch bei den Beobachtungen verwendet wurden. Damit konnten die Theoretiker direkte Verbindungen zwischen der Entstehungsgeschichte der Galaxien und ihren kinematischen Eigenschaften nachweisen. Die Studie lies viele mögliche Entstehungsgeschichten erkennen, die jeweils eine charakteristische Signatur in der zwei-dimensionalen Kinematik der Galaxien hinterlassen - ein sehr wertvolles Ergebnis für die wissenschaftliche Interpretation der Beobachtungen.

Wie im "echten" Universum rotieren die meisten simulierten Galaxien schnell. Teils bilden sie rotierende stellare Scheiben aus akkretiertem Gas oder rotieren auch nach einer Kollision mit einer Nachbargalaxie von vergleichbarer Größe. Bei Galaxien großer Masse (~ 10¹¹ M_sun) bilden sich die meisten Sterne jedoch nicht in der Galaxie selbst, sondern in anderen Galaxien, die mit der Hauptgalaxie verschmelzen. Einige dieser "Unfallwracks" rotieren sehr langsam, sind allerdings zu abgeflacht, um den beobachteten nicht rotierenden Galaxien zu ähneln. Das gilt nur für Galaxien mit einer besonderen Entstehungsgeschichte: Sie eignen sich über die Hälfte ihrer Sterne an, indem sie keine grossen, sondern ausschließlich viele kleinere Galaxien ‘auffressen’. Diese vielen wiederholten Verschmelzungen können die grossen elliptischen Galaxien innerhalb der letzten 10 Milliarden Jahre ihrer Entwicklung so stark abbremsen, dass sie heute still stehen (Abb. 3).

Thorsten Naab (MPA), Ludwig Oser (MPA, Columbia University) und das ATLAS^3D Team

Referenzen

Cappellari et al., "The ATLAS3D project - I. A volume-limited sample of 260 nearby early-type galaxies: science goals and selection criteria", 2011, MNRAS, 413, 813 http://adsabs.harvard.edu/abs/2011MNRAS.413..813C

Krajnovic et al., "The ATLAS3D project - II. Morphologies, kinemetric features and alignment between photometric and kinematic axes of early-type galaxies", 2011, MNRAS, 414, 2923 http://adsabs.harvard.edu/abs/2011MNRAS.414.2923K

Emsellem et al., "The ATLAS3D project - III. A census of the stellar angular momentum within the effective radius of early-type galaxies: unveiling the distribution of fast and slow rotators", 2011, MNRAS, 414, 888 http://adsabs.harvard.edu/abs/2011MNRAS.414..888E

Naab et al., "The ATLAS3D project - XXV: Two-dimensional kinematic analysis of simulated galaxies and the cosmological origin of fast and slow rotators", 2013, astro-ph http://arxiv.org/abs/1311.0284