Bestimmen der Galaxy-Kollisionsrate

Große Galaxien … kleine Galaxien … Aber wie oft treffen sie sich? Dank Informationen aus einigen der neuesten Hubble-Untersuchungen konnten Astronomen die Kollisionsraten von Galaxien genauer als je zuvor abschätzen. Anscheinend sind diejenigen, die in den letzten acht bis neun Milliarden Jahren passiert sind, irgendwo zwischen früheren Schätzungen aufgetreten.

Wenn es um die Entwicklung von Galaxien geht, ist die Kollisionsrate ein Indikator dafür, wie einzelne Galaxien im Laufe der Zeit Masse angesammelt haben. Während es sich so ziemlich um eine Standardmessung handelt, gibt es einen großen Spielraum ohne Informationen darüber, wie oft sie in der sehr fernen Vergangenheit aufgetreten sein könnte. Durch einen Blick in Tiefenfelduntersuchungen des Hubble-Weltraumteleskops der NASA konnten sich Astronomen einen allgemeinen Überblick verschaffen – einer, der eine Fusionsrate zwischen 5 und 25 Prozent der untersuchten Personen ergab.

Das Wissenschaftsteam unter der Leitung von Jennifer Lotz vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, untersuchte die Wechselwirkungen der Galaxien über weite Entfernungen hinweg genau. Dies ermöglichte es der Gruppe, im Wesentlichen Fusionen zu untersuchen, die zu unterschiedlichen Zeiten stattfanden. Was sie fanden, war, dass größere Galaxien alle neun Milliarden Jahre eine Fusionsrate hatten, während kleinere häufiger abstürzten. Bei einem Blick auf Zwerggalaxien im Vergleich zu massiven Galaxien stellte das Team fest, dass dies dreimal häufiger vorkam als bei großen Galaxien.

„Ein genauer Wert für die Fusionsrate ist von entscheidender Bedeutung, da galaktische Kollisionen ein Schlüsselprozess sein können, der die Galaxienanordnung, die schnelle Sternentstehung in frühen Zeiten und die Anreicherung von Gas auf zentralen supermassiven Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien antreibt“, erklärt Lotz .

Während in der Vergangenheit Studien zu Galaxienfusionen mit Hubble-Informationen durchgeführt wurden, verwendeten Astronomen eine andere Methode und kamen zu unterschiedlichen Ergebnissen. „Diese verschiedenen Techniken untersuchen Fusionen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Fusionsprozesses“, sagt Lotz. „Es ist ein bisschen so, als würde man versuchen, Autounfälle mit Schnappschüssen zu zählen. Wenn Sie auf einem Kollisionskurs nach Autos suchen, werden Sie nur einige davon sehen. Wenn Sie die Anzahl der zerstörten Autos hochzählen, die Sie später sehen, werden Sie viel mehr sehen. Studien, die nach engen Galaxienpaaren suchten, die zur Kollision bereit zu sein schienen, ergaben eine viel geringere Anzahl von Fusionen als Studien, die nach Galaxien mit gestörten Formen suchten, was beweist, dass sie sich in Zerschlagungen befinden. "

Um festzustellen, wie oft die Fusionsrate mit der Zeit auftrat, mussten Lotz und ihr Team wissen, wie lange eine angetroffene Galaxie gestört erscheinen würde. Um ein gutes Arbeitsmodell zu erhalten, verwendete das Team Computersimulationen und kartierte sie dann im Vergleich zu Hubble-Bildern von Galaxienwechselwirkungen. Während diese Bemühungen viel Zeit in Anspruch nahmen, bemühte sich das Team, jedes mögliche Szenario zu erstellen – von zwei Galaxien mit gleicher Masse bis zu unterschiedlichen. Sie berücksichtigten auch Umlaufbahnen, Kollisionsereignisse und sogar die Orientierung. Von diesen Studien wurden 57 verschiedene Situationen und 10 Betrachtungswinkel berücksichtigt. "Das Betrachten der Simulationen war vergleichbar mit einem Autounfall in Zeitlupe", sagt Lotz. Diese computergestützten Szenarien verfolgten die Galaxien 2 bis 3 Milliarden Jahre lang, beginnend mit dem Beginn der Fusion und endend eine Milliarde Jahre später, wenn sie abgeschlossen waren. „Unsere Simulationen bieten ein realistisches Bild von Fusionen zwischen Galaxien“, erklärt Lotz.

Während es leicht genug war zu sehen, was mit einer riesigen Galaxie passiert, war es etwas schwieriger zu beobachten, was mit winzigen Galaxien passiert. Die Beobachtung einer Zwergenfusion ist weitaus schwieriger, einfach weil sie so viel dunkler ist – aber reichlich. "Zwerggalaxien sind die häufigste Galaxie im Universum", sagt Lotz. „Sie haben möglicherweise zum Aufbau großer Galaxien beigetragen. Tatsächlich hatte unsere eigene Milchstraßengalaxie in der jüngeren Vergangenheit mehrere solcher Fusionen mit kleinen Galaxien, was dazu beitrug, die äußeren Regionen ihres Halos aufzubauen. Diese Studie liefert das erste quantitative Verständnis dafür, wie sich die Anzahl der durch diese kleinen Fusionen gestörten Galaxien im Laufe der Zeit verändert hat. “

Studien dieser Art finden jedoch nicht mit einer Handvoll Fotos statt. Lotz und das Team mussten die Simulationen mit buchstäblich Tausenden von Galaxienbildern vergleichen, die aus einigen der größten Hubble-Untersuchungen stammen, darunter der All-Wavelength Extended Groth Strip International Survey (AEGIS), der Cosmological Evolution Survey (COSMOS) und den Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS) sowie Fusionen, die durch die DEEP2-Umfrage mit der WM identifiziert wurden Keck Observatorium in Hawaii. Zu Beginn fanden sie eine Vielzahl von Fusionsraten, endeten jedoch mit etwa tausend Fusionskandidaten. „Als wir das, was wir aus den Simulationen gelernt haben, auf die Hubble-Umfragen in unserer Studie angewendet haben, haben wir viel konsistentere Ergebnisse erzielt“, sagt Lotz.

Was kommt als nächstes für Lotz und ihr Team? Es ist Zeit, einen Blick auf die Wechselwirkungen zwischen Galaxien zu werfen, die vor etwa 11 Milliarden Jahren stattfanden. Ihr Ziel ist es herauszufinden, wann die Sternentstehung im gesamten Universum im Vergleich zur Fusionsrate ihren größten Stand erreicht hat. Vielleicht besteht ein Zusammenhang zwischen Begegnungen und schneller Sterngeburt!

Quelle der Originalgeschichte: Hubble Space Telescope News.

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