Sternexplosion-Galaxien-Brutstätten der Sternentstehung

Das Universum ist mit Galaxien gefüllt, die selbst mit Sternen gefüllt sind. Irgendwann in ihrem Leben strotzte jede Galaxie in riesigen Wasserstoffgaswolken vor Sternentstehung. Sogar heute scheinen einige Galaxien mehr als die üblichen Sternentstehungsaktivitäten zu haben, und Astronomen möchten wissen, warum. In früheren Zeiten wurden in einigen Galaxien so viele Sterne geboren, dass sie wahrscheinlich wie kosmische Feuerwerksausbrüche aussahen. Astronomen bezeichnen diese Brutstätten der Sterngeburt als "Starburst-Galaxien".

Key Takeaways: Starburst-Galaxien

• Starburst-Galaxien sind Galaxien, bei denen sehr schnell hohe Sternentstehungsraten aufgetreten sind.
• Fast alle Arten von Galaxien können Sternexplosionen erleiden, wenn die Bedingungen stimmen.
• Astronomen wissen, dass Starburst-Galaxien häufig in Fusionen involviert sind, die Sterne und Gas miteinander vermischen. Stoßwellen drücken das Gas, was die Starburst-Aktivität auslöst.

Starburst-Galaxien weisen ungewöhnlich hohe Sternentstehungsraten auf, und diese Ausbrüche halten während der langen Lebensdauer der Galaxie nur kurze Zeit an. Das liegt daran, dass die Sternentstehung sehr schnell durch die Gasreserven der Galaxie brennt.

Es ist wahrscheinlich, dass der plötzliche Ausbruch der Sternentstehung durch ein bestimmtes Ereignis ausgelöst wird. In den meisten Fällen reicht eine Galaxienfusion aus. Dann greifen zwei oder mehr Galaxien ineinander und verschmelzen schließlich miteinander. Während der Fusion werden die Gase aller beteiligten Galaxien miteinander vermischt. Die Kollision sendet Stoßwellen durch diese Gaswolken, die die Gase komprimieren und Sternentstehungsschübe auslösen. 

Eigenschaften von Starburst-Galaxien

Starburst-Galaxien sind keine "neuen" Galaxientypen, sondern einfach Galaxien (oder Mischgalaxien) in einer bestimmten Phase ihrer Entwicklung. Trotzdem gibt es einige Eigenschaften, die in den meisten Starburst-Galaxien auftreten:

• eine sehr schnelle Sternentstehungsrate. Diese Galaxien produzieren Sterne mit Raten, die weit über der Durchschnittsrate der meisten "regulären" Galaxien liegen.
• Verfügbarkeit von Gas und Staub. Einige Galaxien können aufgrund ihres hohen Gas- und Staubvolumens höhere Sternentstehungsraten aufweisen als normal. Einige Starburst-Galaxien verfügen jedoch nicht über die Reserven, um zu rechtfertigen, warum sie eine derart hohe Sternentstehungsrate aufweisen würden, sodass Fusionen möglicherweise nicht die einzige Erklärung sind.
• Die Sternentstehungsrate stimmt nicht mit dem Alter der Galaxie überein. Der wichtigste Punkt ist, dass die aktuelle Geschwindigkeit der Sternentstehung seit der Entstehung der Galaxie aufgrund ihres Alters nicht konstant gewesen sein konnte. Eine ältere Galaxie hätte einfach nicht genug Gas übrig, um Milliarden von Jahren lang die Starbirth-Action aufrechtzuerhalten. In einigen Starburst-Galaxien sehen Astronomen einen plötzlichen Ausbruch der Sternentstehung, und oft ist die Erklärung eine Fusion oder zufällige Begegnung mit einer anderen Galaxie.

Astronomen vergleichen manchmal auch die Geschwindigkeit der Sternentstehung in einer Galaxie im Verhältnis zu ihrer Rotationsperiode. Wenn die Galaxie beispielsweise während einer Umdrehung der Galaxie ihr gesamtes verfügbares Gas abgibt (angesichts der hohen Sternentstehungsrate), kann sie als Starburst-Galaxie betrachtet werden. Die Milchstraße dreht sich alle 220 Millionen Jahre; Einige Galaxien gehen viel langsamer, andere schneller.

Eine andere weit verbreitete Methode, um festzustellen, ob eine Galaxie ein Starburst ist, besteht darin, die Sternentstehungsrate mit dem Alter des Universums zu vergleichen. Wenn die derzeitige Rate das gesamte verfügbare Gas in weniger als 13,7 Milliarden Jahren verbraucht, ist es möglich, dass sich eine bestimmte Galaxie in einem Sternexplosionszustand befindet. 

Kommentiertes Bild mit blendenden augenlidähnlichen Merkmalen, die in der Galaxie IC 2163 mit Sternen übersät sind. Ein Tsunami aus Sternen und Gas, der durch eine Kollision mit der Galaxie NGC 2207 ausgelöst wurde (ein Teil des Spiralarms ist auf der rechten Seite des Bildes dargestellt). Oben auf dem Hubble-Bild (blau) der Galaxie ist ein ALMA-Bild von Kohlenmonoxid (orange) zu sehen, das die Bewegung des Gases in diesen Merkmalen enthüllte. M. Kaufman; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); Hubble-Weltraumteleskop der NASA / ESA

Arten von Starburst-Galaxien

Starburst-Aktivität kann in Galaxien auftreten, die von Spiralen bis zu Unregelmäßigkeiten reichen. Astronomen, die diese Objekte untersuchen, klassifizieren sie in Untertypen, die dazu beitragen, ihr Alter und andere Merkmale zu beschreiben. Zu den Starburst-Galaxientypen gehören:

• Wolf-Rayet-Galaxien: definiert durch ihren Anteil heller Sterne, die in die Wolf-Rayet-Klassifikation fallen. Galaxien dieses Typs haben Regionen mit starkem Sternwind, die von den Wolf-Rayet-Sternen angetrieben werden. Diese Sternmonster sind unglaublich massiv und leuchtend und weisen sehr hohe Massenverlustraten auf. Die von ihnen erzeugten Winde können mit Gasregionen kollidieren und eine schnelle Sternentstehung bewirken.
• Blaue Kompaktgalaxien: Galaxien mit geringer Masse, die früher als junge Galaxien galten und gerade anfingen, Sterne zu bilden. Sie enthalten jedoch normalerweise Populationen sehr alter Sterne. Das ist normalerweise ein guter Hinweis darauf, dass die Galaxie ziemlich alt ist. Astronomen vermuten nun, dass blaue Kompaktgalaxien das Ergebnis von Fusionen zwischen Galaxien unterschiedlichen Alters sind. Sobald sie kollidieren, steigt die Starburst-Aktivität und die Galaxien leuchten auf.
• Leuchtende Infrarotgalaxien: dunkle, versteckte Galaxien, die schwer zu untersuchen sind, weil sie viel Staub enthalten, der die Beobachtung verdecken kann. Typischerweise wird von Teleskopen erfasste Infrarotstrahlung verwendet, um in den Staub einzudringen. Dies liefert Hinweise auf eine vermehrte Sternentstehung. Es wurde festgestellt, dass einige dieser Objekte mehrere supermassereiche Schwarze Löcher enthalten, die die Sternentstehung unterbinden können. Die Zunahme der Sternentstehung in solchen Galaxien muss das Ergebnis einer kürzlich erfolgten Fusion der Galaxien sein.

Ursache für vermehrte Sternentstehung

Obwohl die Verschmelzung von Galaxien als Hauptursache für die Geburt von Sternen in diesen Galaxien identifiziert wird, sind die genauen Vorgänge nicht genau bekannt. Dies ist teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, dass Starburst-Galaxien in vielen Formen und Größen vorliegen. Daher kann es mehr als eine Bedingung geben, die zu einer erhöhten Sternentstehung führt. Damit sich jedoch eine Starburst-Galaxie gleichmäßig ausbilden kann, muss viel Gas zur Verfügung stehen, um die neuen Sterne zu erzeugen. Außerdem muss etwas das Gas stören, um den Gravitationskollaps-Prozess zu starten, der zur Erzeugung neuer Objekte führt. Diese beiden Anforderungen führten dazu, dass Astronomen Galaxienfusionen und Schockwellen als zwei Prozesse vermuteten, die zu Starburst-Galaxien führen können. 

Centaurus Eine Galaxie hat ein massives Schwarzes Loch im Herzen, das aktiv Material verschlingt. Die Wirkungen solcher aktiven galaktischen Kerne können bei Starbursts in Galaxien eine Rolle spielen.  ESO / WFI (optisch); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Submillimeter); NASA / CXC / CfA / R. Craft et al. (Röntgen)

Zwei weitere Möglichkeiten für die Entstehung von Starburst-Galaxien sind:

• Aktive galaktische Kerne (AGN): Praktisch alle Galaxien enthalten ein supermassives Schwarzes Loch in ihrem Kern. Einige Galaxien scheinen sich in einem Zustand hoher Aktivität zu befinden, in dem das zentrale Schwarze Loch enorme Energiemengen ausstößt. Es gibt zahlreiche Belege dafür, dass das Vorhandensein eines solchen Schwarzen Lochs die Aktivität der Sternentstehung dämpfen kann. Bei diesen sogenannten aktiven galaktischen Kernen können sie jedoch auch unter den richtigen Bedingungen eine schnelle Sternentstehung auslösen, da die Anreicherung von Materie in einer Scheibe und ihr eventueller Auswurf aus dem Schwarzen Loch Stoßwellen hervorrufen können, die auslösen können Sternentstehung.
• Hohe Supernova-Raten: Supernovae sind gewalttätige Ereignisse. Wenn die Explosionsrate aufgrund einer sehr hohen Anzahl alternder Sterne in einem kompakten Gebiet zunimmt, können die resultierenden Stoßwellen zu einer raschen Zunahme der Sternentstehung führen. Damit dies jedoch ein solches Ereignis sein kann, müssten die Bedingungen ideal sein; mehr als in den anderen hier aufgeführten Möglichkeiten.

Eine Supernova kann in der Nähe befindliche Gaswolken um eine begrenzte Anzahl von Sterngeburten schieben. Diese Supernova ist in einer Hubble-Weltraumteleskopansicht des Überrests der Krabbennebel-Supernova zu sehen. NASA / ESA / STScI

Starburst-Galaxien bleiben ein aktives Untersuchungsgebiet der Astronomen. Je mehr sie finden, desto besser können die Wissenschaftler die tatsächlichen Bedingungen beschreiben, die zu den hellen Ausbrüchen der Sternentstehung führen, die diese Galaxien bevölkern.