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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
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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
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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
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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
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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
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