V Menschen und Ereignisse - Max-Planck-Institut für Astronomie

36 II. Highlights
II.6 Warum sinkt die kosmische Sternentstehungsrate?
Eine zentrale Frage der modernen Kosmologie betrifft
die zeitliche Entwicklung der Sternentstehungsrate.
Jüngere Forschungsergebnisse belegen, dass diese in
der zweiten »Lebenshälfte« des Universums etwa auf ein
Zehntel abgenommen hat. Die Ursache hierfür ist noch
weitgehend unklar. Ein internationales Astronomenteam
unter der Leitung des MPIA untersuchte jüngst die
Sternentstehungsrate in Galaxien bei z = 0.7. Damals
war das Universum etwa halb so alt wie heute. Es ergab
sich, dass eine abnehmende Wechselwirkung zwischen
den Galaxien nicht die Hauptursache für die stark rückläufige
Sternentstehungsrate in den vergangenen sieben
Milliarden Jahren sein kann. Hierfür müssen andere
Vorgänge im Innern von Spiralgalaxien verantwortlich
sein.
In der Vergangenheit wurden zahlreiche Methoden entwickelt,
um die Sternentstehungsrate in fernen Galaxien
zu ermitteln. Gemeinhin gilt die Intensität der UV-
Strahlung junger, heißer Sterne als guter Indikator. Große
Staubmassen, die in Sternentstehungsgebieten notwendigerweise
vorhanden sind, können aber einen Großteil der
UV-Strahlung absorbieren. Daher ist auch die thermische
Infrarotstrahlung des von jungen Sternen aufgeheizten
Staubes ein Maß für die Sternentstehungsrate. Andere
Indikatoren sind starke Linienemission, wie sie hoch
angeregte Wasserstoff- und Sauerstoff-Ionen aussenden,
oder Radio- und Röntgenemission.
Besonders aussagekräftig, aber auch sehr aufwändig,
sind Studien, in denen man Beobachtungsdaten aus verschiedenen
Wellenlängenbereichen heranzieht. Diesen
Weg gingen die Forscher des MPIA, wobei sie zum Teil
auf Himmelsdurchmusterungen zurückgreifen konnten,
die in jüngster Vergangenheit unter der Leitung des
MPIA entstanden sind.
Der multispektrale Datensatz
Für den Bereich des sichtbaren Lichts standen ihnen
die Daten der Galaxiendurchmusterung COMBO-17
(Classifying Objects by Medium-Band Observations
with 17 Filters) zur Verfügung. Im Rahmen dieses
am MPIA durchgeführten Surveys wurde ein großes
Himmelsareal durch 17 Filter hindurch aufgenommen
und die Helligkeiten von Galaxien in entsprechend vielen
Farbbereichen gemessen. Das ermöglicht es, Galaxien
zu klassifizieren und deren Rotverschiebungen bis zu
einer Rothelligkeit von 24 mag bis auf wenige Prozent
genau zu bestimmen. Entscheidende Voraussetzung für
das Projekt war das große Bildfeld der Weitfeldkamera
(Wide Field Imager, WFI), die unter Leitung des MPIA
entwickelt und gemeinsam mit der ESO gebaut worden
war. Sie arbeitet am 2.2-Meter-MPG/ESO-Teleskop auf
La Silla und besitzt ein 32 33 Quadratbogenminuten
großes Bildfeld, entsprechend etwa der Fläche des
Vollmondes.
Eine speziell entwickelte Software identifiziert in
den COMBO-17-Daten neben Sterntypen und Quasaren
auch verschiedene Galaxientypen, wie Elliptische,
Spiralgalaxien sowie Starburstgalaxien mit ungewöhnlich
hoher Sternentstehungsrate. Insgesamt sind rund
25 000 Galaxien erfasst, womit COMBO-17 weltweit zu
den umfangreichsten und am tiefsten reichenden Surveys
zählt.
Als zweiter bedeutender Datensatz konnten die
Astronomen auf die unter Leitung des MPIA entstandene
Himmelsaufnahme GEMS (Galaxy Evolution from
Morphology and Spectral Energy Distributions) zurückgreifen,
die bis dahin größte mit dem Weltraumteleskop
HUBBLE gewonnene Farbaufnahme (Jahresbericht 2003,
S. 40). Das GEMS-Aufnahmefeld hat ebenfalls eine Größe
von 28 28 Quadratbogenminuten und setzt sich aus
78 mit der Advanced Camera for Surveys (ACS) gewonnenen
Einzelaufnahmen zusammen, die jeweils in zwei
Wellenlängenbereichen um 606 nm und 850 nm gewonnen
wurden. In einer Galaxie mit einer Rotverschiebung
z = 0.7 lassen sich so noch Details von 500 bzw. 700 pc
(1600 Lj bzw. 2300 Lj) erkennen. Damit sind große Stern-
entstehungsgebiete und andere typische Strukturen, deren
Ausdehnung wenige tausend Lichtjahre beträgt, mit
brillanter Auflösung erkennbar. (Abb. II.6.1 a)
Das GEMS-Feld liegt innerhalb des CHANDRA Deep
Field South (CDFS), das mit dem Weltraumteleskop
CHANDRA im Röntgenbereich aufgenommen wurde.
Somit standen den Astronomen von einigen Galaxien
auch diese Daten zur Verfügung. Zu diesem multispektralen
Datensatz kamen noch Infrarotaufnahmen hinzu,
die mit dem Weltraumteleskop SPITZER bei 24 µm
Wellenlänge gewonnen wurden (Abb. II.6.1 b). Dieses
Feld war 90 30 Bogenminuten groß und überdeckte
das CDFS.
Die Strategie der neuen Studie bestand darin, aus
COMBO-17 alle Galaxien auszuwählen, die sich in einem
engen Rotverschiebungsbereich von 0.65 < z < 0.75
befinden. Dies entspricht einer mittleren Rückblickzeit
von sieben Milliarden Jahren, also etwa dem halben
Weltalter, und einem Zeitintervall von 500 Millionen
Jahren. Diese Objekte wurden dann in den anderen
Surveys identifiziert und die Daten kombiniert. Hieraus
wurden schließlich die jeweilige Sternentstehungsrate