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Die gewaltsame Entstehung von Scheibengalaxien

17.09.2014 - (idw) Max-Planck-Institut für Astronomie

Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (Garching) - Jahrzehntelang glaubten Wissenschaftler, dass die Verschmelzung von Galaxien normalerweise zur Entstehung von elliptischen Galaxien führt. Nun haben Forscher zum ersten Mal mit Hilfe von ALMA und einer Reihe weiterer Radioteleskope einen direkten Beweis dafür gefunden, dass kollidierende Galaxien stattdessen Scheibengalaxien hervorbringen können, und dass dieser Ausgang in der Tat recht häufig ist. Dieses überraschenden Ergebnis könnte erklären, warum es im Universum so viele Spiralgalaxien wie die Milchstraße gibt. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Junko Ueda, einem promovierten wissenschaftlichen Mitarbeiter der Japan Society for the Promotion of Science, hat die überraschende Beobachtung gemacht, dass die meisten Zusammenstöße von Galaxien im nahen Universum innerhalb von 40-600 Millionen Lichtjahren von der Erde zu sogenannten Scheibengalaxien führen. Scheibengalaxien einschließlich Spiralgalaxien wie der Milchstraße und linsenförmiger Galaxien zeichnen sich durch ihre Pfannkuchenform mit Gebieten aus Gas und Staub aus und unterscheiden sich von der Klasse der elliptischen Galaxien.

Schon einige Zeit lang herrschte die Meinung vor, dass kollidierdende Scheibengalaxien letzten Endes ellipsenförmige Galaxien bilden. Während dieser heftigen Wechselwirkungen nehmen die Galaxien nicht nur an Masse zu, während sie miteinander verschmelzen beziehungsweise einander auffressen, sondern ändern ihre Form und damit auch ihren Typ auf kosmischen Zeitskalen.

Computersimulationen aus den 1970ern zufolge würden Kollisionen zweier vergleichbarer Scheibengalaxien in einer elliptischen Galaxie resultieren. Nach diesen Simulationen müssten die meisten heutigen Galaxien elliptisch sein, was der Beobachtung dass 70% der Galaxien aber in Wirklichkeit Scheibengalaxien sind widerspricht. Neuere Simulationen deuten allerdings darauf hin, dass solche Kollisionen auch Scheibengalaxien hervorbringen können.

Um die letztendliche Form von Galaxien nach Verschmelzungen durch Beobachtungen zu ermitteln, hat das Team die Verteilung von Gas in 37 Galaxien untersucht, die sich in ihrer letzten Verschmelzungsphase befinden. Mit dem Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) und einigen weiteren Radioteleskopen [1] wurde die Emission von Kohlenstoffmonoxid (CO) untersucht, einem Indikator für molekulares Gas.

Die Arbeit dieser Gruppe stellt die bislang größte Untersuchung molekularen Gases in Galaxien dar und liefert einzigartige Einblicke in die Art und Weise, wie die Milchstraße entstanden sein könnte. Ihre Studie enthüllte, dass fast alle Galaxienverschmelzungen in pfannkuchenförmigen Gebiete molekularen Gases resultieren und es sich daher um Scheibengalaxien in der Entstehung handelt. Ueda erklärt: Zum ersten Mal gibt es beobachtbare Nachweise für verschmelzende Galaxien, die zu Scheibengalaxien werden könnten. Das ist ein großer und unerwarteter Schritt zur Lösung des Rätsels um die Geburt von Scheibengalaxien.

Nichtsdestotrotz gibt es noch viel mehr zu entdecken. Ueda ergänzt: Wir müssen anfangen uns auf die Sternentstehung in diesen Gasscheiben zu konzentrieren. Außerdem müssen wir in das weiter entfernte Universum hinausblicken: Wir wissen, dass die meisten Galaxien im ferneren Universum ebenfalls Scheiben besitzen. Wir wissen jedoch noch nicht, ob Galaxienverschmelzungen auch dafür verantwortlich sind oder ob sie durch kaltes, in die Galaxie einfallendes Gas entstanden sind. Vielleicht haben wir einen allgemeinen Mechanismus gefunden, der für die gesamte Geschichte des Universums gilt.

Endnoten

[1] Die folgenden Teleskope waren an den Beobachtungen beteiligt: ALMA, das Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy: eine Anordnung von 23 parabolischen Antennenschüsseln in Kalifornien, die im Millimeterwellenbereich beobachtet; das Submillimeter Array: eine Anordnung von acht parabolischen Antennenschüsseln in Mauna Kea auf Hawaii, das im Submillimeterbereich beobachtet; das Plateau de Bure Interferometer; das NAOJ Nobeyama Radio Observatory 45-Meter-Radioteleskop; das National Radio Astronomy Observatory 12-Meter-Teleskop der USA; das Five College Radio Astronomy Observatory 14-Meter-Teleskop der USA; das 30-Meter-Teleskop des IRAM und ergänzend das Swedish-ESO Submillimeter Telescope.
Weitere Informationen

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von Europa, Nordamerika und Ostasien in Zusammenarbeit mit der Republik Chile getragen wird. Von europäischer Seite aus wird ALMA über die Europäische Südsternwarte (ESO) finanziert, in Nordamerika von der National Science Foundation (NSF) der USA in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC) und dem taiwanesischen National Science Council (NSC), und in Ostasien von den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan. Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federführend für den europäischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, für den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) für den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

Die hier vorgestellten Forschungsergebnisse von Ueda et al. wurden in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Supplement (August 2014) unter dem Titel "Cold Molecular Gas in Merger Remnants. I. Formation of Molecular Gas Discs" veröffentlicht.

Die beteiligten Wissenschaftler sind Junko Ueda (JSPS Postdoktorand/National Astronomical Observatory of Japan [NAOJ]), Daisuke Iono (NAOJ/The Graduate University for Advanced Studies [SOKENDAI]), Min S. Yun (The University of Massachusetts), Alison F. Crocker (The University of Toledo), Desika Narayanan (Haverford College), Shinya Komugi (Kogakuin University/ NAOJ), Daniel Espada (NAOJ/SOKENDAI/Joint ALMA Observatory), Bunyo Hatsukade (NAOJ), Hiroyuki Kaneko (University of Tsukuba), Yoichi Tamura (The University of Tokyo), David J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Ryohei Kawabe (NAOJ/ SOKENDAI/The University of Tokyo) und Hsi-An Pan (Hokkaido Universität/SOKENDAI/NAOJ).

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 15 Mitgliedsländer: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist der europäische Partner bei den neuartigen Verbundteleskop ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein Großteleskop mit 39 Metern Durchmesser für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, das einmal das größte optis

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