Milchstraßen-Zwilling im fernen Universum entdeckt

Die Milchstraße hier am 12. August 2021 am Nachthimmel über der Negev-Wüste in der Nähe der israelischen Stadt Mitzpe Ramon.
Die Milchstraße hier am 12. August 2021 am Nachthimmel über der Negev-Wüste in der Nähe der israelischen Stadt Mitzpe Ramon.MENAHEM KAHANA / AFP / picturedesk.com
Forscher nutzten verschiedene Radioteleskope, um die Sternentstehung in einer Galaxie des frühen Universums zu untersuchen - und wurden fündig.

Eine Galaxie mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften des kalten Gases wie die Milchstraße hat ein Forscherteam mit Beteiligung aus Österreich im fernen Universum entdeckt. Erstmals wurde ein solcher Milchstraßen-Zwilling in einer Distanz gefunden, die weniger als ein Drittel des heutigen Alters des Universums entspricht, berichten sie im Fachblatt "Astrophysical Journal Letters". Damit gab es auch im frühen Universum Galaxien mit einer Sternbildung wie in der Milchstraße.

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Wie ein Stern entsteht

Eine zentrale Frage der Astrophysik ist die Sternentstehung. Dabei kollabiert eine kalte Wolke aus Gas und Staub unter ihrer eigenen Schwerkraft, wodurch sich Druck und Temperatur im Inneren der Wolke erhöhen, bis der darin enthaltene Wasserstoff zu Helium verschmilzt und durch diese Kernfusion Energie freigesetzt wird. Bisherige Beobachtungen deuten jedoch darauf hin, dass Galaxien im frühen Universum Sterne auf eine andere Art und Weise gebildet haben als in unserer Galaxie, was die Wissenschaftler vor ein Rätsel stellt.

Um diese Frage zu klären, beobachtete das Forscherteam um Nikolaus Sulzenauer vom Institut für Astrophysik der Universität Wien kaltes molekulares Gas, den Treibstoff für die Sternentstehung, mit Radioteleskopen. Sie nutzten dazu kombinierte Daten verschiedener spanischer Radioteleskope. Molekularer Wasserstoff lässt sich im Radiobereich nicht direkt beobachten, man kann das Gas aber über die Beobachtung von Kohlenmonoxid aufspüren. Die Vorarbeit zu diesem Projekt hat Sulzenauer bereits in seiner Masterarbeit bei Co-Autor Helmut Dannerbauer vom Instituto de Astrofísica de Canarias beschrieben. 

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Seepferdchen-Galaxie

Die Wissenschaftler wählten dazu eine Galaxie aus, deren Helligkeit durch die Gravitationslinse eines dazwischenliegenden Galaxienhaufens verstärkt wird. Bei diesem Effekt macht man sich die Tatsache zunutze, dass sehr massereiche kosmische Objekte mit ihrem Gravitationsfeld das Licht eines dahinterliegenden Objekts krümmen, was wie eine Lupe wirkt. "Die so entdeckte Galaxie wird durch diesen Effekt stark in ihrer Form verzerrt und ähnelt einem Seepferdchen", erklärt Sulzenauer gegenüber der APA.

Die "Seepferdchen-Galaxie" hat ihren Namen aufgrund ihrer ähnlichen Form.
Die "Seepferdchen-Galaxie" hat ihren Namen aufgrund ihrer ähnlichen Form.Universität Wien/ Carla Nicolin Schoder

Mithilfe des 30-Meter-Radioteleskop des Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM) in der Sierra Nevada ermittelten sie die Entfernung des "kosmischen Seepferdchens", so der Spitzname der Galaxie: Ihr Licht hat bereits 9,6 Milliarden Jahre zurückgelegt. Zusammen mit Beobachtungen mit einem weiteren 40-Meter-Radioteleskop in der Nähe von Madrid konnten sie auch die physikalischen Eigenschaften des Treibstoffs für die Sternenentstehung bestimmen. "Der Gravitationslinseneffekt verwandelt die beiden Teleskope in Instrumente mit 300 bzw. 400 Meter großen Schüsseln - was sich in der Realität unmöglich konstruieren ließe", so Dannerbauer.

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Unbekannte Mechanismen enthüllt

Die Analyse des kalten molekularen Gases offenbarte bisher unbekannte Mechanismen für die Geburt von Sternen zu einer Zeit, als die Sternentstehung im Universum ihren Höhepunkt erreicht hat. Die Anregung des molekularen Gases, die von der Temperatur und Gasdichte abhängt, ist in der Seepferdchen-Galaxie ähnlich zur Milchstraße - und damit sind auch die Bedingungen und die Effizienz zur Formation von Sternen sehr ähnlich. "Wir konnten zeigen, dass es sich um eine sogenannte Hauptreihengalaxie mit einer sich langsam entwickelnden Sternentstehung handelt", so Co-Autor Bodo Ziegler von der Uni Wien. Auch die Milchstraße fällt in diese Galaxien-Kategorie.

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