Gasrecycling führt zu extremer Sternentstehung

Sie produzieren tausend Mal mehr neue Sterne als unsere Milchstraße und sind die leuchtkräftigsten Galaxien im Kosmos: Die sogenannten Submillimeter-Galaxien haben Kosmologen bislang vor ein Rätsel gestellt. Die neue Computersimulation eines Forscherteams aus den USA liefert nun einen Schlüssel zum Verständnis dieser kosmischen Giganten: Anscheinend treibt das Recycling von durch Sternexplosionen ausgeworfenem Gas die extreme Sternentstehung an. Demnach können die Submillimeter-Galaxien ihre hohe Sternentstehungsrate nicht nur wenige Millionen Jahre, sondern bis zu einer Milliarde Jahre lang aufrechterhalten, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

Filamentartige Strukturen, die sich zum Zentrum hin verdichten.
Simulation von Submillimeter-Galaxien

„Submillimeter-Galaxien sind zugleich die leuchtkräftigsten Galaxien und diejenigen mit der höchsten Sternentstehungsrate im Kosmos, doch ihre physikalische Ursache ist bislang unklar“, schreiben Desika Narayanan vom Haverford College im US-Bundesstaat Pennsylvania und seine Kollegen. Trotz ihres hohen Energieausstoßes sind die Galaxien im optischen Bereich nahezu unsichtbar. Interstellarer Staub absorbiert einen Großteil der Strahlung und strahlt ihn bei längeren Wellenlängen wieder ab. Deshalb haben Astronomen die rätselhaften Objekte erst bei großangelegten Durchmusterungen des Himmels im Submillimeter-Bereich aufgespürt.

Zwei Szenarien haben die Himmelsforscher seither diskutiert, um die Existenz der ungewöhnlich leuchtkräftigen Galaxien zu erklären: Zum einen könnten sie durch Zusammenstöße großer Sternsysteme entstehen, zum anderen durch einen lang andauernden, intensiven Zustrom von Gas in große Galaxien. Doch beide Ansätze greifen zu kurz. Kollisionen führen nur zu kurzen Phasen extremer Sternentstehung und liefern daher eine zu geringe Zahl von Submillimeter-Galaxien. Das zweite Szenario liefert zwar eine ausreichende Zahl von Galaxien mit hoher Sternentstehungsrate, reproduziert aber nicht die hohe Leuchtkraft dieser Systeme.

Trotzdem scheint der lang andauernde Gaszustrom die Lösung zu sein, wie die neue Simulation von Narayanan und seinen Kollegen nun zeigt. Die Forscher sind das Problem mit einer neuartigen „Zoom“-Methode angegangen, bei denen sich die entscheidenden Regionen mit wachsender Auflösung simulieren lassen. Dabei zeigte sich ein bislang übersehenes Phänomen: Durch die starke Schwerkraft der großen Galaxien geht das durch Sternexplosionen herausgeschleuderte Gas nicht verloren, sondern fällt wieder in die Systeme zurück und heizt so die Sternentstehung zusätzlich an.

„Narayanan und seine Kollegen präsentieren erstmalig ein funktionierendes Modell für die Entstehung von Submillimeter-Galaxien“, kommentiert Kosmologe Romeel Davé von der University of the Western Cape in Kapstadt, Südafrika, die Simulation. Besonders ermutigend sei dabei, so Davé, dass die Forscher ihre Simulation nicht durch eine spezielle Wahl von Ausgangsgrößen feinabstimmen mussten, um Submillimeter-Galaxien zu erhalten: „Sie verwendeten einfach ein Standardmodell für die Galaxienentstehung und ließen es mit der bestmöglichen Auflösung laufen – und schon tauchte eine plausible Submillimeter-Galaxie auf.“ Auch wenn das neue Modell noch Schwächen bei der Beschreibung der Gasströme habe, liefere es so doch einen ersten Blick hinter die Maske dieser kosmischen Giganten.