Submillimetergalaxien sind eine Klasse der leuchtkräftigsten und fernsten Galaxien mit hohen Sternentstehungsraten. Sie können heller leuchten als eine Billion Sonnen (insgesamt 100 Mal heller als die Milchstraßen-Galaxie). Im Allgemeinen sind sie im optischen Wellenlängenbereich aber schwer zu entdecken, weil der Großteil ihrer optischen und ultravioletten Strahlung von Staub absorbiert wird, der wiederum aufgeheizt wird und in Submillimeterwellenlängen strahlt. Das ist der Grund, warum man sie Submillimetergalaxien nennt.
Man nimmt an, dass die Energiequelle dieser Galaxien hohe Sternentstehungsraten sind – bis zu 1.000 Sterne pro Jahr (in der Milchstraßen-Galaxie beträgt die Rate etwa ein Stern pro Jahr). Submillimetergalaxien gibt es typischerweise im jungen Universum: Sie sind so weit entfernt, dass ihr Licht über zehn Milliarden Jahre zu uns unterwegs war (etwa 70 Prozent des heutigen Alters des Universums), und liegen in der Epoche rund drei Milliarden Jahre nach dem Urknall. Weil sie für ihre Entwicklung Zeit brauchten, vermuten Astronomen, dass sie wahrscheinlich schon eine Milliarde Jahre früher aktiv Sterne gebildet und ihre Umgebungen beeinflusst haben. Aber über diese Phase ihrer Entwicklung ist nur sehr wenig bekannt.
Submillimetergalaxien wurden kürzlich in Protogalaxienhaufen identifiziert. Das sind Gruppen aus Dutzenden Galaxien in einer Zeitperiode des Universums, als es weniger als ein paar Milliarden Jahre alt war. Die Beobachtung massereicher Submillimetergalaxien in diesen fernen Protogalaxienhaufen gibt entscheidende Informationen, um sowohl ihre frühe Entwicklung zu verstehen, als auch jene der größeren Strukturen, zu denen sie gehören.
Die Astronomen Emily Pass und Matt Ashby vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) waren Mitglieder eines Teams, das infrarote und optische Daten des Weltraumteleskops Spitzer und des Gemini South Telescope verwendete, um einen zuvor identifizierten Protogalaxienhaufen zu untersuchen. Der Protogalaxienhaufen SPT2349-56 liegt zeitlich in der Epoche nur 1,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall. Der Protogalaxienhaufen wurde vom South Pole Teleskope in Millimeterwellenlängen entdeckt und detaillierter mit Spitzer, dem Gemini South Telescope und dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) beobachtet.
Der Protogalaxienhaufen enthält eine bemerkenswerte Ansammlung von 14 Submillimetergalaxien, von denen neun durch diese optischen und infraroten Beobachtungen registriert wurden. Die Astronomen waren dann in der Lage, die stellaren Massen, Alter und Gasvorräte in diesen Submillimetergalaxien abzuschätzen, ebenso wie die Geschichte ihrer Sternbildungsaktivitäten – eine bemerkenswerte Leistung bei derart weit entfernten Objekten.
Neben anderen Eigenschaften des Protogalaxienhaufens leiten die Wissenschaftler ab, dass seine Gesamtmasse etwa eine Billion Sonnenmassen beträgt, und dass seine Galaxien Sterne auf eine Art und Weise bilden, die den Sternentstehungsprozessen im heutigen Universum gleicht. Sie schlussfolgern auch, dass sich die gesamte Struktur möglicherweise mitten in einem gigantischen Verschmelzungsprozess befindet.
Abhandlung: „Optical and near-infrared observations of the SPT2349-56 proto-cluster core at z = 4.3“ von K. M. Rotermund, S. C. Chapman, K. A. Phadke, R. Hill, E. Pass, M. Aravena, M. L. N. Ashby, A. Babul, M. Bethermin, R. Canning, C. de Breuck, C. Dong, A. H. Gonzalez, C. C. Hayward, S. Jarugula, D. P. Marrone, D. Narayanan, C. Reuter, D. Scott, J. S. Spilker, J. D. Vieira, G. Wang und A. Weiss, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 502, 1797, 2021.
(THK)
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