Ohne kühles Gas keine neuen Sterne

Warum entstehen in manchen Galaxien neue Sterne, in anderen nicht? Astronomen aus Großbritannien haben jetzt eine Antwort auf diese Frage gefunden: Die Sternentstehung endet durch „Strangulation“, das heißt, die Galaxien erhalten keinen Nachschub mehr an frischem Gas aus ihrer Umgebung. Das zeigt die Untersuchung von 26 000 Galaxien mit Entfernungen von bis zu einer Milliarde Lichtjahren durch das Forscherteam. Der Übergang von einer aktiven, Sterne produzierenden Galaxie zu einem passiven Sternsystem dauere etwa vier Milliarden Jahre, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Wir haben festgestellt, dass bei gleicher Masse an Sternen passive Galaxien erheblich mehr Elemente schwerer als Helium enthalten als aktiv Sterne produzierende Galaxien“, sagt Roberto Maiolino von der University of Cambridge. „Dieser Befund passt zu den Erwartungen des Strangulationsszenarios – aber nicht zu der alternativen Vorstellung, das Gas werde aus den Galaxien herausgeblasen oder gerissen.“

Sterne entstehen, in dem sich große Wolken aus kühlem Wasserstoffgas zusammenziehen. Damit sich in einer Galaxie stets weitere Sterne bilden können, muss ein Zustrom von außen den Vorrat an kühlem Gas auffüllen. Bislang konkurrierten zwei Szenarien miteinander, um den Übergang von einer aktiven zu einer passiven Galaxie zu erklären: Zum einen könnte das Gas – zum Beispiel durch die Strahlung des zentralen Schwarzen Lochs der Galaxie – aus dem Sternsystem herausgeblasen werden. Zum anderen könnte der Nachschub von außen versiegen.

„Ein guter Indikator für den Verlauf der Sternentstehung sind Elemente schwerer als Helium“, sagt Yingjie Peng, der ebenfalls an der University of Cambridge tätig ist. Denn diese Elemente entstehen nur durch Kernfusion in Sternen. „Je mehr Sterne also entstanden sind, desto mehr schwere Elemente enthält die Galaxie.“ Wird die Sternentstehung in einer Galaxie ausgeblasen, so sollte ihr Gehalt an schweren Elementen im Moment dieses relativ abrupten Vorgangs eingefroren werden. Anders ist es, wenn die Sternentstehung durch Strangulation endet: Dann steigt der Anteil an schweren Elementen im Verlauf dieses langsamen Vorgangs weiter an.

Eine Analyse der Spektren von 26 000 Galaxien des Sloan Digital Sky Survey, einer großen automatischen Himmelsdurchmusterung, durch Peng, Maiolino und ihre Kollegin Rachel Cochrane zeigt nun einen signifikant höheren Anteil an schweren Elementen in den passiven Galaxien als in den aktiv Sterne produzierenden Systemen. Die Forscher konnten ihr Ergebnis durch einen weiteren Befund untermauern: Die Sterne in den passiven Galaxien sind im Durchschnitt vier Milliarden Jahre älter als in den aktiven Galaxien – in guter Übereinstimmung mit der aus Modellrechnungen erwarteten Zeitdauer des Strangulationsszenarios.