Hälfte des Galaxienlichts wird zu Wärmestrahlung

Bei der Galaxie NGC 891 sieht man den Licht-schluckenden Effekt des Staubs besonders deutlich. [C. Howk (JHU), B. Savage (U. Wisconsin), N. A. Sharp (NOAO)/WIYN/NOAO/NSF]
Bei der Galaxie NGC 891 sieht man den Licht-schluckenden Effekt des Staubs besonders deutlich. [C. Howk (JHU), B. Savage (U. Wisconsin), N. A. Sharp (NOAO)/WIYN/NOAO/NSF]
Staub in Galaxien schluckt Sternenlicht: Das weiß man schon lange und rechnet diese Extinktion bei der Bestimmung der absoluten Helligkeit einzelner Sterne auch systematisch heraus. Aber wie beeinflusst der Staub die Helligkeit ganzer Galaxien? Lange schien es, dass nicht nur elliptische Spiralgalaxien weitgehend »optisch dünn« sind und – vor allem, wenn man sie mehr oder weniger von oben betrachtet – der größte Teil des sichtbaren Lichts, das ihre Sterne ausstrahlen, auch entweichen kann. Aber dem ist offenbar nicht so, denn nach einem neuen detaillierten Modell kommt der Staub in einer Spiralgalaxie auf dreierlei Weise vor: weiträumig verteilt (und ziemlich durchsichtig) in der gesamten Galaxie, weniger durchsichtig in den Spiralarmen und sehr dicht in einer klumpigen Komponente, die den Molekülwolken mit Sternentstehung entspricht. Das Modell basiert auf einer beobachteten klaren Abhängigkeit der Lichtschwächung vom Blickwinkel, die es bei komplett optisch dünnem Staub nicht gäbe, und wurde an zehntausend nahen Galaxien geeicht. Die Auswirkungen des Staubes sind demnach enorm: Bei 100nm Wellenlänge im Ultravioletten werden demnach 89% der Photonen absorbiert, wobei der Anteil bis 2,1μ im nahen Infraroten kontinuierlich auf 13% zurückgeht.

Eigentlich produzieren die Sterne des Universums 1,6 × 1035 Watt pro Kubikmegaparsec, wovon aber nur 0,9 × 1035 W Mpc–3 als Licht in den intergalaktischen Raum entweichen. Und der Rest? Der Staub strahlt die absorbierte Energie als langwellige Infrarotstrahlung wieder ab, die mit modernen Teleskopen ebenfalls gesehen werden kann: Sie macht 0,6 × 1035 W Mpc–3 aus. Erstmals stimmt nun die Bilanz: Die beobachtete sichtbare und ferninfrarote Strahlung ergeben zusammen – im Rahmen der Fehlerbalken von jeweils 0,1 bis 0,2 1035 W Mpc–3 – perfekt den gesamten Energieausstoß der Sterne. Frühere Mysterien wie Galaxien, die für ihre erkennbaren Sterne viel zu viel Fern-IR-Emission zu zeigen schienen, lösen sich damit auf. Andererseits muss man sich damit anfreunden, dass die Galaxien an unserem Himmel im Mittel nur halb so hell erscheinen wie sie es eigentlich sind: Nicht nur ein Ärgernis für den Fernrohrbeobachter, der sonst mit kleinerem Gerät dasselbe erreichen würde, sondern auch für Galaxienforscher, die den Staubeffekt nun einkalkulieren müssen, wenn es um absolute Helligkeitswerte und auch das Aussehen der Galaxien an sich geht. Neue Teleskope werden ihnen das Leben allerdings leichter machen: Das Nah-IR-Teleskop VISTA auf dem Cerro Paranal kann durch den meisten Staub hindurch sehen und sollte relativ »echte« Helligkeiten unzähliger Galaxien liefern. Und der ESA-Satellit Herschel wird die in ferninfrarote Strahlung umgewandelte Energie direkt beobachten können.

Daniel Fischer

Originalveröffentlichung: arxiv.org/abs/0803.4164
Pressemitteilung eines Autors: www.scitech.ac.uk/PMC/PRel/STFC/Universe.aspx
Pressemitteilung der Max-Plack-Gesellschaft: www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2008/pressemitteilung20080514

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