Sie sind da draußen; winzige, extrem lichtschwache und unglaublich alte Zwerggalaxien mit so wenigen Sternen, dass Wissenschaftler sie 'Geistergalaxien' nennen. Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA hat Bilder von drei dieser kleinen Galaxien aufgenommen, in der Hoffnung, ein Rätsel zu lösen, das 13 Milliarden Jahre alt ist.
Astronomen glauben, dass diese winzigen, geisterähnlichen Galaxien, die neben der Milchstraße gesichtet wurden, zu den ältesten, kleinsten und ursprünglichsten Galaxien im Universum gehören. Hubble-Ansichten zeigen, dass ihre Stars das gleiche Geburtsdatum haben. Die Galaxien begannen alle vor mehr als 13 Milliarden Jahren Sterne zu bilden, hörten dann aber innerhalb von nur einer Milliarde Jahren nach der Geburt des Universums abrupt auf.
„Diese Galaxien sind alle uralt und alle gleich alt, also weißt du, dass in diesen Galaxien etwas wie eine Guillotine heruntergekommen ist und gleichzeitig die Sternentstehung ausgeschaltet hat“, sagte Tom Brown vom Space Telescope Science Institute in Baltimore , Md., der Leiter der Studie. 'Die wahrscheinlichste Erklärung ist Reionisation.'
Die Reionisierung des Universums begann in den ersten Milliarden Jahren nach dem Urknall. Während dieser Zeit schlug die Strahlung der ersten Sterne Elektronen von den Wasserstoffatomen und ionisierte das Wasserstoffgas. Dieser Prozess ermöglichte es auch, dass Wasserstoffgas für ultraviolettes Licht transparent wurde. Derselbe Prozess könnte auch die Sternentstehung in Zwerggalaxien, wie denen in Browns Studie, unterbunden haben. Diese Galaxien sind winzige Verwandte der sternbildenden Zwerggalaxien in der Nähe der Milchstraße. Und wegen ihrer geringen Größe, nur 2.000 Lichtjahre im Durchmesser, waren sie nicht massiv genug, um sich vor dem harten ultravioletten Licht des frühen Universums abzuschirmen, das ihnen ihren mageren Vorrat an Wasserstoffgas entzog und sie nicht in der Lage war, neue Sterne zu bilden.
Astronomen schlugen neben der Reionisierungstheorie viele Gründe für das Fehlen von Sternen in diesen Galaxien vor. Einige Wissenschaftler glaubten, dass interne Ereignisse wie Supernovae das Gas wegblasen, das zur Bildung neuer Sterne benötigt wird. Andere schlugen vor, dass die Galaxien einfach ihren Vorrat an Wasserstoffgas verbraucht haben, der zur Bildung von Sternen benötigt wird.
Brown maß das Alter der Sterne, indem er ihre Helligkeit und Farben betrachtete. Die Sternpopulationen in diesen fossilen Galaxien reichen von einigen Hundert bis zu einigen Tausend Sternen; einige sonnenähnlich, einige rote Zwerge und einige rote Sterne, die größer als unsere Sonne sind. Als Beweise zeigten, dass die Sterne tatsächlich uralt waren, holte Brown die Hilfe von Hubbles Advanced Camera for Surveys, um tief in sechs Galaxien zu graben, um zu bestimmen, wann sie geboren wurden. Bisher hat das Team die Datenanalyse für drei Personen abgeschlossen; Herkules, Leo IV. und Ursa Major. Die Galaxien liegen zwischen 330.000 Lichtjahren und 490.000 Lichtjahren. Zum Vergleich verglich Brown die Sterne der Galaxien mit denen in M92, einem 13 Milliarden Jahre alten Kugelsternhaufen, der sich etwa 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Er stellte fest, dass sie im gleichen Alter sind.
„Dies sind die Fossilien der frühesten Galaxien im Universum“, sagte Brown. „Sie haben sich seit Milliarden von Jahren nicht verändert. Diese Galaxien sind anders als die meisten nahen Galaxien, die eine lange Sternentstehungsgeschichte haben.“
Browns Entdeckung könnte helfen, das sogenannte „Missing Satellite Problem“ zu erklären. Astronomen haben nur ein paar Dutzend Zwerggalaxien um die Milchstraße herum beobachtet, während Computersimulationen die Existenz von Tausenden vorhersagen. Aber vielleicht gibt es sie. Die Sloan-Durchmusterung fand mehr als ein Dutzend winziger, sternenhungriger Galaxien in der Nachbarschaft der Milchstraße, während nur ein Teil des Himmels gescannt wurde. Astronomen gehen davon aus, dass Dutzende weiterer ultraschwacher Galaxien unentdeckt lauern könnten, mit der Möglichkeit, dass Tausende noch kleinerer Zwerge praktisch keine Sterne enthalten.
Die winzigen Galaxien mögen sternenlos sein, aber sie haben immer noch eine Fülle von Dunkler Materie, dem Gerüst, auf dem Galaxien aufgebaut sind. Normale Zwerggalaxien in der Nähe der Milchstraße enthalten zehnmal mehr dunkle Materie als gewöhnliche sichtbare Materie. Brown erklärt, dass diese winzigen Galaxien heute Inseln hauptsächlich aus dunkler Materie sind, die für Milliarden von Jahren unsichtbar waren, bis Astronomen begannen, sie im Sloan Survey zu finden.
Browns Ergebnisse erscheinen in der Ausgabe der Astrophysical Journal Letters vom 1. Juli.
Bildunterschrift 1:Diese Hubble-Bilder zeigen die schwache, sternenhungrige Zwerggalaxie Leo IV. Das Bild links zeigt einen Teil der Galaxie, der durch den weißen rechteckigen Kasten umrandet ist. Die Kiste ist 83 Lichtjahre breit und 163 Lichtjahre lang. Die wenigen Sterne in Leo IV sind zwischen benachbarten Sternen und fernen Galaxien verloren. Eine Nahaufnahme der Hintergrundgalaxien innerhalb der Box ist im mittleren Bild zu sehen. Das Bild rechts zeigt nur die Sterne in Leo IV. Die Galaxie, die mehrere tausend Sterne enthält, besteht aus sonnenähnlichen Sternen, schwächeren roten Zwergsternen und einigen roten Riesensternen, die heller als die Sonne sind. Bildnachweis: NASA, ESA und T. Brown (STScI)
Bildunterschrift 2:Diese Computersimulationen zeigen einen Schwarm dunkler Materieklumpen um unsere Milchstraße. Einige der Konzentrationen der Dunklen Materie sind massiv genug, um die Sternentstehung auszulösen. Tausende von Klumpen dunkler Materie koexistieren mit unserer Milchstraße, die in der Mitte des oberen Felds zu sehen ist. Die grünen Kleckse im mittleren Feld sind die Brocken aus dunkler Materie, die massiv genug sind, um Gas aus dem intergalaktischen Medium zu gewinnen und eine anhaltende Sternentstehung auszulösen, die schließlich Zwerggalaxien erzeugt. In der unteren Abbildung sind die roten Kleckse ultradünne Zwerggalaxien, die schon vor langer Zeit aufgehört haben, Sterne zu bilden. Bildnachweis: NASA, ESA und T. Brown und J. Tumlinson (STScI)
