LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Erkenntnisse über die Gasversorgung von Galaxien im frühen Universum zeigen, dass recycelte Gasströme eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung hoher Sternentstehungsraten spielen. Ein internationales Forscherteam hat ein massereiches System untersucht, das elf Milliarden Jahre zurückliegt, um die Mechanismen der Gasakkumulation zu verstehen.
Die Entstehung von Galaxien und die damit verbundene Sternentstehung sind komplexe Prozesse, die stark von der Verfügbarkeit von Gas abhängen. Frühere Modelle gingen davon aus, dass Gas isotrop auf Halos aus Dunkler Materie stürzt und durch Schocks erhitzt wird, bevor es abkühlt und Sterne bildet. Diese ‘heiße Akkretion’ liefert jedoch nur einen kleinen Teil des benötigten Gases für die Sternentstehung in massereichen Galaxien des frühen Universums.
Aktuelle kosmologische Simulationen zeigen, dass die Akkretion im ‘kalten Modus’ entlang von Filamenten erfolgt, was effizienter ist, um Gas in die Galaxie zu transportieren. Diese Methode bietet einen natürlichen Mechanismus, um die hohen Sternentstehungsraten aufrechtzuerhalten. Sterne verschmutzen ihre Umgebung mit schwereren Elementen, sogenannten ‘Metallen’, die durch Supernova-Explosionen galaktische Ausströme erzeugen können, die das zirkumgalaktische Gas anreichern.
Ein internationales Astronomenteam hat das System MAMMOTH-1 untersucht, das elf Milliarden Jahre zurückliegt. Diese Galaxiengruppe ist in kaltes zirkumgalaktisches Gas eingebettet und leuchtet hell in der Lyman-alpha-Emission von Wasserstoff. Mit Hilfe des Keck Cosmic Web Imager und des Subaru-Teleskops entdeckte das Team Linienemissionen von Wasserstoff, Helium und Kohlenstoff, die sich über 300.000 Lichtjahre erstrecken. Diese Beobachtungen ermöglichen es, die Gaseigenschaften im gesamten Halo zu bestimmen.
Die Ergebnisse zeigen, dass das zirkumgalaktische Gas bereits eine solare Metallizität erreicht hat, was bei der Größe des Halos überraschend ist. Die Kinematik des emittierenden Gases deutet darauf hin, dass die Gasakkretion mit einer Rate von etwa 700 Sonnenmassen pro Jahr erfolgt, was die Sternentstehungsrate der Zentralgalaxie bei weitem übertrifft. Dies könnte die intensive Sternentstehung in der massereichen Galaxie vollständig versorgen.
Die Beobachtungen legen nahe, dass recycelte Gasströme ein universeller Versorgungsmechanismus für massereiche, sternbildende Galaxien im frühen Universum sein könnten. Zudem zeigen die Bewegungen der Satellitengalaxien, dass sie wahrscheinlich in die kreisenden Ströme eingebettet sind und mit dem zirkumgalaktischen Gas interagieren. Dies macht das Ökosystem Galaxie-Gas noch komplexer und zeigt die Bedeutung des Gasrecyclings.
Um das komplexe Ökosystem von Galaxien besser zu verstehen, sind empfindlichere Beobachtungen der zirkumgalaktischen Emission erforderlich. Zukünftige Datensätze von Instrumenten wie MUSE am VLT, KCWI und dem James-Webb-Weltraumteleskop werden es ermöglichen, das zirkumgalaktische Gas direkt und im Detail zu untersuchen. Diese Erkenntnisse könnten die physikalischen Prozesse, die den Gaskreislauf um Galaxien bestimmen, erheblich erweitern.
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