Ein Team von Astronomen unter der Leitung der Forscherin Catherine Fielder von der University of Arizona hat die detailliertesten Bilder einer kleinen Galaxie und ihrer Umgebung erhalten und dabei Merkmale enthüllt, die typischerweise mit viel größeren Galaxien verbunden sind. Die Beobachtungen bieten einen seltenen, schwer fassbaren Einblick in die Entstehung und Entwicklung kleiner Galaxien, was darauf hindeutet, dass die Mechanismen, die das Galaxienwachstum vorantreiben, universeller sein könnten als bisher angenommen.
Fielder präsentierte die Ergebnisse auf der 245Th Treffen der American Astronomical Society in National Harbor, Maryland, während einer Pressekonferenz am 16. Januar.
Galaxien, einschließlich der Milchstraße, wachsen und entwickeln sich durch die Verschmelzung mit kleineren Galaxien über Milliarden von Jahren in einem Prozess, der als hierarchische Anordnung bezeichnet wird. Dieser kosmische „Baustein“-Ansatz wurde in großen Galaxien gut beobachtet, wo Ströme alter Sterne – Überreste verschluckter Galaxien – ihre turbulente Geschichte verfolgen. Diese Ströme bilden zusammen mit anderen schwachen Strukturen wie alten, verstreuten Sternen einen sogenannten Sternhalo: eine ausgedehnte Wolke aus Sternen geringer Dichte, die die helle zentrale Scheibe einer Galaxie umgibt und deren Entwicklungsgeschichte nachzeichnet.
Nach traditioneller Meinung haben kleinere Galaxien wie die nahegelegene Große Magellansche Wolke aufgrund ihrer schwächeren Anziehungskraft möglicherweise weniger Möglichkeiten, Masse anzuziehen und mit kleineren Systemen, einschließlich anderen Zwerggalaxien, zu verschmelzen. Es bleibt eine offene Frage, wie solche Galaxien im Kontext der hierarchischen Anordnung Masse gewinnen und wachsen.
Die Forscher verwendeten die Dark Energy Camera (DECam) am 4-Meter-Blanco-Teleskop im Interamerikanischen Observatorium Cerro Tololo in Chile, um eine Tiefendurchmusterung von 11 Zwerggalaxien durchzuführen, darunter die Spiralgalaxie NGC 300, deren Masse ähnlich ist die Große Magellansche Wolke. Die Beobachtungen wurden im Rahmen der DECam Local Volume Survey (DELVE) durchgeführt und enthüllten beispiellose Details der Merkmale von NGC 300. Mit einer Größe von etwa 94.000 Lichtjahren ist die galaktische Scheibe von NGC 300 etwas kleiner als die Milchstraße und enthält nur etwa 2 % ihrer Sternmasse.
„NGC 300 ist aufgrund seiner isolierten Lage ein idealer Kandidat für eine solche Studie“, sagte Fielder, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am U of A Steward Observatory. „Dadurch bleibt es frei von den einflussreichen Auswirkungen eines massereichen Begleiters wie der Milchstraße, der sich auf nahegelegene kleine Galaxien wie die Große Magellansche Wolke auswirkt. Es ist fast so, als würde man sich einen kosmischen ‚Fossilrekord‘ ansehen.“
Fielder und ihre Mitarbeiter erstellten Sternkarten rund um die kleine Galaxie und entdeckten einen riesigen Sternstrom, der sich mehr als 100.000 Lichtjahre vom Zentrum der Galaxie entfernt erstreckt.
„Wir halten einen Sternstrom für ein verräterisches Zeichen dafür, dass eine Galaxie Masse aus ihrer Umgebung angesammelt hat, weil sich diese Strukturen nicht so leicht durch interne Prozesse bilden“, sagte Fielder, dessen Ergebnisse in veröffentlicht werden Das Astrophysikalische Journal.
Darüber hinaus fanden die Forscher Spuren von Sternen, die in muschelartigen Mustern angeordnet waren, die an konzentrische Wellen erinnern, die vom Zentrum der Galaxie ausgehen, sowie Hinweise auf eine Stromumschlingung – ein Beweis dafür, dass, was auch immer der Strom verursacht hat, die Richtung seiner Umlaufbahn geändert haben könnte um NGC 300.
„Wir waren nicht sicher, ob wir in irgendeiner dieser kleinen Galaxien etwas finden würden“, sagte sie. „Diese Merkmale rund um NGC 300 liefern uns den eindeutigen Beweis dafür, dass sich tatsächlich etwas gebildet hat.“
Das Team identifizierte außerdem einen bisher unbekannten, metallarmen Kugelsternhaufen im Halo der Galaxie, einen weiteren „rauchenden Beweis“ vergangener Akkretionsereignisse.
Bei der Bestimmung des Alters von Sternpopulationen greifen Astronomen häufig auf ein Merkmal zurück, das als „Metallizität“ bekannt ist – ein Begriff, der sich auf die chemischen Elemente bezieht, die im Inneren von Sternen vorhanden sind. Da schwerere Elemente meist in massereicheren Sternen am oder gegen Ende ihrer Lebensdauer entstehen, sind mehrere Generationen der Sternentstehung erforderlich, um diese Elemente anzureichern. Daher wird angenommen, dass Sternpopulationen, denen schwerere Elemente fehlen – oder die eine geringe Metallizität aufweisen – älter sind, erklärte Fielder.
„Die Sterne in den Strukturen, die wir um NGC 300 beobachtet haben, sind uralt und metallarm, was eine eindeutige Aussage macht“, sagte Fielder. „Diese Strukturen stammen wahrscheinlich aus einer winzigen Galaxie, die auseinandergerissen und in NGC 300 absorbiert wurde.“
Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse deutlich, dass selbst Zwerggalaxien durch die Akkretion kleinerer Galaxien Sternhöfe bilden können, was den Wachstumsmustern entspricht, die bei größeren Galaxien beobachtet werden, sagte Fielder.
„NGC 300 gilt heute als eines der auffälligsten Beispiele für die durch Akkretion bedingte stellare Halo-Anordnung in einer Zwerggalaxie dieser Art und gibt Aufschluss darüber, wie Galaxien im gesamten Universum wachsen und sich entwickeln.“
