Submillimeter-Galaxien – Verborgene Giganten

Submillimeter-Galaxien leuchten extrem hell, auch wenn davon kaum etwas zu sehen ist. Zwei Erklärungen dazu klingen plausibel, eine scheint sich nunmehr durchgesetzt zu haben. In dem erst drei Milliarden Jahre jungen Universum waren die Galaxien wahre Brutstätten neuer Sterne. In nahezu unvorstellbaren Mengen gebaren sie Sterne, mit Sternentstehungsraten, die die heute im Milchstraßensystem beobachtete um das Tausendfache übertrafen. Kaum ein anderes Objekt hat seit jener Zeit diese Sternfabriken an Leuchtkraft überflügelt, auch – und das ist im ersten Moment vielleicht etwas unerwartet – wenn sie im sichtbaren Licht eher unscheinbar glommen. Die Umweltbedingungen im unmittelbaren Bereich der neu entstandenen Sterne zeichneten für diesen Umstand verantwortlich. Voraussetzung für die Entstehung von Sternen ist das Vorhandensein vergleichsweise dichter, kühler Materiewolken. An Orten der Sternwerdung finden sich also eben auch immer Ballungen von Baumaterial, welches das Sternlicht abfängt und bei längeren Wellenlängen wieder abstrahlt.

Um die Deutungshoheit, warum nun eigentlich diese speziellen, im sichtbaren Licht so abgeschattet daherkommenden Submillimeter-Galaxien (SMG) faktisch doch so extrem hell leuchten, konkurrieren zwei inhaltlich wenig vereinbare Hypothesen. Eine Theorie sieht die Entstehung der SMGs in einer Kollision zweier gasreicher Scheibengalaxien. Etwa 100 Millionen Jahre lang führen die so neu gebildeten Welteninseln ein helles Dasein im Lichte der Milliarden neuen Sterne, die im Zuge der Kollision entstehen. Dem gegenüber steht die Annahme, dass es sich bei den SMGs um die massereichsten der Galaxienpopulation des jungen Universums handelt, die durch ständig aus der nahen Umgebung nachströmendes Gas zu ihrer extremen Sternentstehungsrate angeregt werden. Ein solcher ständiger Nachschub ermöglicht es also, die Sternproduktion über einen gewissen Faktor hinaus aufrecht zu erhalten, was die Submillimeter-Galaxien wohl mindestens eine Milliarde Jahre lang hell erstrahlen ließe.

Beide Thesen haben Einiges für sich, vermögen es aber nicht vollumfänglich, die tatsächlichen Befunde zu exemplifizieren. Hydrodynamische Computersimulationen mit hohen räumlichen Auflösungen des Haverford College, die somit auch lokale Einflüsse und Effekte im Ergebnis verdeutlichen, gaben jüngst den entscheidenden Fingerzeig. Supernovaexplosionen massereicher Sterne wirken maßgeblich auf die Sternentstehungsraten der SMGs ein. Durch sie werden die notwendigen Mengen an Gas in den intergalaktischen Raum hinausgeschleudert. Allerdings verbleibt das Baumaterial der neuen Sterngeneration nicht dort, sondern strömt unter dem Masseneinfluss der Submillimeter-Galaxien zu ihnen zurück und hält die Sternproduktion auf dem für SMGs so charakteristischen Niveau. Der Trick der Leuchtwunder besteht also darin, das zuvor ausgestoßene Gas aus der mittelbaren und unmittelbaren Nachbarschaft wieder an sich zu ziehen und so die Sternentstehung zu befeuern. Allerdings »unterstützen« sich benachbarte Galaxien auch gegenseitig in ihrer Leuchtkraft. Denn sie lassen sich vor dem Hintergrund der riesigen Entfernung derzeit räumlich nur unzureichend auflösen. Allerdings sollen weitere Beobachtungen zeigen, ob die modellierten Vorhersagen die Realität ausreichend genau beschreiben.

Lars-C. Depka

nature.com/nature/journal/v525/n7570/full/nature15383.html