Verknüpfung zwischen Gas und Galaxien verstehen
Gemäß dem heute gültigen kosmologischen Modell bilden sich Galaxien innerhalb des sogenannten kosmischen Netzes, einer Ansammlung von Überdichten, die durch ein Netz von Filamenten verbunden sind. „Verstrickt in diese Filamente, sind die Galaxien Teil eines kosmischen Ökosystems, in dem ihre Interaktion mit den sie umgebenden Gasformen ihre Entwicklung vorantreibt“, sagt Michele Fumagalli, Astrophysiker an der Universität Mailand-Bicocca. Um die Evolution von Galaxien zu verstehen, müssen die dichteren Gasregionen betrachtet werden, welche die Galaxien umgeben. Dazu nutzt die Wissenschaft ein Verfahren mit der Bezeichnung Absorptionslinienspektroskopie. „Bei der Absorptionslinienspektroskopie wird das Gas, das wir untersuchen wollen, als Silhouette vor hellen und nicht verwandten Hintergrundquellen untersucht“, erklärt Fumagalli. Doch auch dieser leistungsstarke Ansatz hat seine Grenzen. Da bei diesem Verfahren beispielsweise das Gas entlang eines sehr schmalen bleistiftdünnen Strahls untersucht wird, sind die über seine räumliche Verteilung gewonnenen Informationen eher begrenzt. „Um das per Absorption untersuchte Gas mit den Eigenschaften der Galaxien zu verknüpfen, sind außerdem sehr tiefe und vollständige Durchmusterungen der Galaxien rund um die entdeckten Gaswolken erforderlich, was selbst bei Verwendung der größten Teleskope einen erheblichen Aufwand bedeutet“, fügt Fumagalli hinzu. Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts FEEDGALAXIES leitet Fumagalli ein Vorhaben, mit dem diese Beobachtungsmängel behoben werden sollen.
Die Leistungsfähigkeit von Integralfeldspektrografen ausnutzen
Im Mittelpunkt dieser Bemühungen steht die Entwicklung neuartiger Analyseverfahren, mit denen die bahnbrechenden Eigenschaften von Integralfeldspektrografen ausgenutzt werden können. Dazu zählt der Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), der am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte installiert ist. Das komplexe Instrument besteht aus 24 Spektrografen, die gemeinsam einen Datenwürfel erzeugen, bei dem jedem Pixel eines Bildes ein Spektrum zugeordnet ist. „Das Projektteam hat viel Zeit und Mühe darauf verwendet, modernste Verfahren zu entwickeln, um aus den MUSE-Beobachtungen qualitativ hochwertige Daten zu gewinnen, die unsere Sicht auf die Verbindung zwischen Gas und Galaxien revolutioniert haben“, erklärt Fumagalli.
Vollständigeres Bild der Zusammensetzung und Entwicklung der Galaxien
Mithilfe dieser bahnbrechenden Technik richteten die Forschenden ihre Aufmerksamkeit auf das kosmische Netz und begannen zu erkunden – und zu entdecken. Zu diesen Entdeckungen gehört die Aufnahme direkter Bilder der Form und des chemischen Gehalts der Gasfilamente und Gashüllen in der Nähe von Galaxien. Das Projektteam konnte außerdem neue Erkenntnisse darüber gewinnen, wie sich diese Gasphase, die ein wesentlicher Bestandteil des Aufbaus und der Entwicklung von Galaxien ist, im Lauf der Zeit entwickelt und mit der Anzahl der nahen Nachbarn in der Nähe von Galaxien verändert hat. Ein weiteres wichtiges Ergebnis war der erweiterte Blick auf die Verbindung zwischen Gas und Galaxie auf einen neuartigen Bereich des Parameterraums, der kleinere Galaxien umfasst, die in der Vergangenheit schwer fassbar waren, die aber den Großteil der im Universum zu findenden Galaxien ausmachen. „Unsere Forschung hat zu unserer Wahrnehmung dessen beigetragen, wie sich Galaxien zusammensetzen und zu den Objekten entwickeln, die wir heute im Universum sehen, und hat somit ein vollständigeres Bild der Ereignisse geschaffen, die zum Entstehen der allgemeinen Galaxienpopulationen, einschließlich unserer eigenen Milchstraße, geführt haben“, bemerkt Fumagalli.
Die Vorteile der Abbildung des diffusen Gases um Galaxien
Durch die Kombination von Emissions- und Absorptionsdaten hat das Projektteam von FEEDGALAXIES, das vom Europäischen Forschungsrat (ERC) unterstützt wurde, unser Verständnis der Gasverteilung um ferne Galaxien verändert. „Bisher war unser Wissen über die Gasumgebung ferner Galaxien auf ein eher indirektes Verfahren, die Absorptionsspektroskopie, beschränkt“, schließt Fumagalli. „Mit unserer neuen Fähigkeit, das diffuse Gas, das die Galaxien umgibt, abbilden zu können, haben wir beispiellose Erkenntnisse darüber gewonnen, wie sich Galaxien im Lauf der Zeit entwickeln.“
Schlüsselbegriffe
FEEDGALAXIES, Galaxien, Universum, kosmisches Netz, Galaxienentwicklung, Absorptionslinienspektroskopie, Gaswolken, Teleskope, Integralfeldspektrografen