Rote, tote Galaxien sind auch LIERs, sagen Wissenschaftler

KISSIMMEE, Fla. - Viele Galaxien sind LIERS, sagt Francesco Belfiore, ein Doktorand am Kavli-Institut für Kosmologie an der Universität von Cambridge. Er wirft keinen Schatten auf diese Objekte, sondern versucht zu erklären, warum neue Sterne nicht mehr in ihnen geboren werden.

Die Erde liegt in einer Galaxie, die mit der Geburt eines neuen Sterns verschmilzt. Die Spiralform und die blaue Farbe der Milchstraße sind Zeichen dafür, dass Babysterne darin hergestellt werden. Aber in elliptisch geformten Galaxien mit mehr rötlichen Tönen hat die Sternentstehung aufgehört und Wissenschaftler verstehen nicht warum.

Bei dem Versuch, die Chemie dieser "toten" Galaxien zu untersuchen, haben Forscher einen anderen chemischen Fingerabdruck gefunden als den, der sternbildende Galaxien dominiert. Um das zu beschreiben, was sie sahen, entwickelten die Forscher das Akronym LINER, das für "low-ionization atomic emission-line region" steht. Belfiores Erklärung des Namens ist direkter: "Der Grund, warum wir dieses Akronym verwenden, ist, weil wir nicht wissen, was sie sind", sagte er. [Galerie: 65 All-Time Great Galaxy Hits]

Genauer gesagt wissen die Wissenschaftler nicht, was die chemische Signatur "LINER" in den toten Galaxien erzeugt, und ob sie möglicherweise erklären könnte, warum sie aufgehört haben, Sterne zu bilden. Nun haben neue Beobachtungen von Belfiore und Kollegen diesem LINER-Mysterium eine weitere Wendung gegeben: Anstatt aus dem Schwarzen Loch in der Mitte der toten Galaxie zu kommen, wie die Forscher früher dachten, kann die Signatur in den Galaxien gefunden werden an ihren Rändern.

Laut Belfiore sollte dieser neue Befund, der das "N" in LINER bedeutet (was "nuklear" bedeutet und sich auf das Zentrum der Galaxie bezieht), entfernt werden, und diese Galaxien sollten "LIERs" genannt werden. Belfiore sprach am 8. Januar während einer Pressekonferenz hier auf der 227. Sitzung der American Astronomical Society über die neuen Erkenntnisse.

Die neue Information beantwortet nicht die große Frage, warum die Sternentstehung in diesen Galaxien aufgehört hat, aber sie könnte eine scheinbar widersprüchliche Beobachtung lösen, die in vielen früheren Studien gefunden wurde: ausgewählte Flecke lebender Galaxien zeigen auch diese LINER / LIER-Chemikalie Fingerabdruck. Mit anderen Worten, es könnte Wissenschaftlern helfen zu verstehen, was aus lebenden Galaxien LIERs wird.

Wie sieht ein LIER aus?

Wie sieht ein galaktischer LIER aus? Diese "toten" Galaxien unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von den Sternen bildenden Galaxien. Sie sind tendenziell röter in der Farbe, weil blaue Sterne eine kürzere Lebensdauer haben als rote Sterne, so dass die blauen Sterne in den LIER-Galaxien zum größten Teil ausgestorben sind. Die stellaren Kindergärten in sternbildenden Galaxien wie der Milchstraße emittieren große Mengen an Licht und erscheinen als helle, leuchtende Leuchtfeuer. Diese fehlen auch in Bildern von LIER-Galaxien, die diffuser leuchten.

Tote Galaxien sind auch anders geformt. Sie sind häufiger elliptisch, wie ein American Football, anstatt einer flachen, kreisförmigen Spirale. Ohne Sternengeburt können diese Galaxien nicht die massiven Arme entwickeln, die sich um die Zentren von sternbildenden Galaxien wie der Milchstraße wickeln. Wiederum verstehen die Wissenschaftler nicht ganz, warum der Stopp der Sternentstehung auch eine Formänderung für die Galaxie bedeutet, aber es gibt eine Theorie, dass viele elliptische Galaxien entstehen, wenn zwei oder mehr Galaxien zusammenstoßen und verschmelzen. Vielleicht schließt dieser Prozess die Sterngeburt irgendwie ab, Wissenschaftler haben vorgeschlagen.

Ein schwarzes Loch, das man beschuldigen kann

Diese roten, toten, fußballförmigen Galaxien enthalten einen Cocktail von Chemikalien, der sich von dem ihrer lebenden Gegenstücke unterscheidet. Frühere Beobachtungen elliptischer Galaxien waren in ihrer Auflösung begrenzt und legten nahe, dass die LINER-Gas-Signatur vom Zentrum dieser Galaxien kommt. Dies ist wichtig, weil im Zentrum der meisten (wenn nicht alle) großen Galaxien ein supermassives Schwarzes Loch liegt.

Laut Belfiore ist die führende Theorie, warum tote Galaxien diese LIER-Signatur haben, auf Aktivitäten in der Nähe des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie zurückzuführen. Diese Idee wird durch eine dritte Kategorie von Galaxien unterstützt, die als aktive galaktische Kerne oder AGNs bezeichnet werden. Die schwarzen Löcher in der Mitte von AGNs sind extrem aktiv, was bedeutet, dass sie viel Material in sich hineinfallen lassen, wodurch Materialstrahlen erzeugt werden, die in den Raum speien und eine unglaubliche Menge an Licht ausstrahlen. AGNs haben auch eine chemische Signatur, die sich von der von LINER-Galaxien und sternbildenden Galaxien unterscheidet, bemerkte Belfiore in seinem Vortrag. Einige Wissenschaftler vermuten, dass LINER-Galaxien einfach schwächere Beispiele für AGNs sind, bei denen eine geringere Aktivität rund um das Schwarze Loch diesen einzigartigen chemischen Fingerabdruck erzeugt, sagte er.

Aber die neuen Beobachtungen von Belfiore haben es Wissenschaftlern ermöglicht, die Quelle der LINER-Emission mit einer höheren Auflösung zu betrachten, und zeigten, dass sie nicht auf das Zentrum der Galaxie beschränkt sind. Mit dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS), einem 2,5-Meter-Teleskop in New Mexico, fanden Belfiore und Kollegen in einem Projekt namens MaNGA (Mapping Nearby Galaxies am Apache Point Observatory) heraus, dass LIER-Signaturen können gefunden werden, die aus einer LINER-Galaxie oder von separaten Orten in der Nähe der Peripherie stammen.

Die neuen Ergebnisse zeigen, dass der Prozess, der die LINER-Signatur erzeugt, höchstwahrscheinlich etwas ist, das in der gesamten Galaxie auftreten kann, sagte Belfiore. [Galerie: Schwarze Löcher des Universums]

Lebende Galaxien können auch LIERS sein

Belfiore und seine Mitarbeiter theoretisieren, dass der LIER chemische Fingerabdruck von älteren Sternen kommen könnte, wenn sie die Dämmerung ihres Lebens erreichen. In diesem Stadium des Lebens verlieren viele Sterne ihre äußeren Schichten, und es könnte die chemische Signatur dieses zerstreuten stellaren Materials sein, die entdeckt wird, erklärte Belfiore.

Dies würde erklären, warum die chemische Signatur von LIER in einigen Galaxien beobachtet wird, in denen noch Sternentstehung stattfindet, sagte Belfiore in einer E-Mail an ProfoundSpace.org.

In vielen Spiralgalaxien schließt die Sternentstehung nicht plötzlich ab, sondern allmählich. Einige Spiralgalaxien entwickeln Regionen (oft in der Nähe ihrer Zentren), wo die Sternentstehung aufhört, und in diesen Fällen ist es Wissenschaftlern möglich, eine LIER-Emission aus der "toten" Region der Galaxie zu sehen.

Natürlich sind sterbende Sterne auch dort vorhanden, wo neue entstehen, aber die LIER-Emission ist "immer schwächer als die Emission aufgrund der Sternentstehung", sagte Belfiore in einer E-Mail an ProfoundSpace.org. Daher würde in diesen lebenden Galaxien die schwache LIER-Emission von Photonen aus den Sternentstehungsgebieten überschwemmt werden und durch Teleskope unerkannt bleiben.

Mit anderen Worten, sagte Belfiore, ist es möglich, dass die meisten Galaxien LIERs sind.

Die Idee, dass LINER-Galaxien tatsächlich LIERs sind - dass diese chemische Signatur nicht aus dem galaktischen Zentrum kommt, sondern aus einer anderen Quelle, wie sterbenden Sternen in der gesamten Galaxie - hat sich seit einigen Jahren aufgebaut, erzählte Belfiore ProfoundSpace.org.

"Obwohl die meisten Astronomen, die nicht direkt an diesem Thema arbeiten, annehmen würden, dass LINERs schwache aktive Galaxienkerne sind, findet ein Paradigmenwechsel seit einigen Jahren langsam statt", sagte er. Er erwähnte, dass einige Astronomen der Idee sehr skeptisch gegenüberstehen, aber die neuen SDSS-Beobachtungen könnten das ändern.

"Im Vergleich zu früheren Studien erlauben die neuen MaNGA-Daten erstmals einen direkten Test der Sternhypothese für die LIER-Emission in einer wohldefinierten großen Anzahl von Galaxien, die (sowohl für Spiralen als auch für Ellipsen) entscheidend sind", sagte Belfiore. "Es ist das Gewicht dieses sehr direkten Beweises und seine statistische Signifikanz, die ich für das SDSS MaNGA-Ergebnis am überzeugendsten halte."

Belfiore sagte, er und seine Kollegen bereiten sich darauf vor, ihre Ergebnisse zur Veröffentlichung einzureichen.