„Tote“ Galaxien geben Rätsel auf

Mysteriöses Erlöschen: Astronomen haben untersucht, warum so viele massereiche Galaxien des frühen Kosmos abrupt erloschen sind – und Überraschendes entdeckt: Obwohl es vor rund zwölf Milliarden Jahren im Universum reichlich Gas und damit Rohstoff für die Sternbildung gab, herrschte in den erloschenen Galaxien drastischer Rohstoffmangel – sie enthielten kaum kaltes, molekulares Gas. Warum, ist allerdings weiterhin rätselhaft, wie das Team im Fachmagazin „Nature“ berichtet.

Eigentlich war die Frühzeit unseres Kosmos eine Phase intensiven Wachstums: In schneller Folge entstanden neue Sterne und Galaxien. Der Rohstoff dafür, kaltes molekulares Wasserstoffgas, war reichlich vorhanden und trieb die Sternbildung an. Doch es gibt einige frühe Galaxien, die trotz ihrer enormen Größe einfach abstarben – ihre Sternbildung stoppte aus bislang ungeklärten Gründen fast völlig. „Aus irgendeinem Grund haben sie einfach abgeschaltet“, sagt Erstautorin Katherine Whitaker von der University of Massachusetts in Amherst.

Kosmische und irdische Linsen als Helfer

Aber warum? Um das herauszufinden, haben Whitaker und ihre Kollegen sechs solcher Galaxien genauer unter die Lupe genommen. Diese stehen so günstig, dass ihr Licht von einer schweren Vordergrundgalaxie als Gravitationslinse verstärkt und vergrößert wird. „Wenn eine ferne Galaxie kaum noch neue Sternen bildet, wird sie so lichtschwach, dass es schwer oder sogar fast unmöglich wird, sie mit einem einzelnen Teleskop näher zu untersuchen“, erklärt Koautor Justin Spilker von der University of Texas in Austin.

Das vergrößerte Abbild der rund zwölf Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxien untersuchten die Astronomen mit dem Weltraumteleskop Hubble und den Radioteleskopen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Während die Hubble-Aufnahmen die Galaxien im nahinfraroten bis ultravioletten Bereich des Lichts abbilden und so beispielsweise die Verteilung der Sterne zeigen, machte die von ALMA eingefangenen Radio- und Mikrowellenstrahlung den Staub und damit den Rohstoff für die Sternbildung sichtbar.

„Dies sind die ersten Messungen der Verteilung kalten Gases in fernen ruhenden Galaxien und die ersten Messungen dieser Art außerhalb des lokalen Kosmos, sagt Whitaker.

Kein Gas mehr im „Tank“

Die Aufnahmen enthüllten Überraschendes: Offenbar ist nicht der Prozess der Sternbildung das Problem, sondern der Rohstoffnachschub. „‚Eigentlich gab es reichlich kaltes Gas im frühen Universum, so dass diese Galaxien noch genug davon im ‚Tank‘ haben müssten“, sagt Whitaker. „Aber unsere Studie zeigt, dass ihr Sprit alle war.“ Die Galaxien enthielten zehnfach weniger altes molekulares Gas als es den Modellen zufolge normal wäre.

Das bedeutet: Obwohl eigentlich genügend Rohstoff für die Sternbildung in ihrer Umgebung vorhanden war, verhungerten diese Galaxien sozusagen vor dem vollen Teller. Rätselhaft auch: Die meisten dieser erloschenen Galaxien scheinen sich von diesem Nachschubproblem nicht wieder zu erholen – ihre Sternbildung bleibt meist gering. „Wir beobachten nur sehr selten eine erneute Verjüngung in solchen massereichen Galaxien“, schreiben die Astronomen.

Ursache unbekannt

Was aber ist der Grund dafür? Bisher können die Astronomen darüber nur spekulieren: „Wurde das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxien zu aktiv und heizte das gesamte Gas auf? Dann wäre das Gas zwar noch da, aber zu heiß für die Sternbildung“, erklärt Whitaker. Dies könnte auch erklären, warum diese Galaxien es selbst später nicht schafften, ihre Sternbildung wieder anzuschalten.

Denkbar wäre aber auch, dass diese Galaxien ihren Gasvorrat in der ersten intensiven Phase der Sternbildung verbraucht haben und dann wurde ihnen plötzlich der Einstrom frischen Gases abgeschnitten. „Wir müssen noch eine Menge darüber lernen, warum die massereichste Galaxien des Universums so früh entstanden und dann ihre Sternbildung beendeten, obwohl genug Gas verfügbar war“, sagt Whitaker. Die aktuellen Beobachtungen seien dazu erst ein erster kleiner Schritt. (Nature, 2021; doi: 10.1038/s41586-021-03806-7)

Quelle: National Radio Astronomy Observatory, University of Massachusetts Amherst, NASA