Source: People’s Republic of China – State Council News in German
Wissenschaftler beschäftigen sich schon seit langem mit einer rätselhaften Frage: Im frühen Universum entstanden neue Sterne in atemberaubender Häufigkeit, doch heute hat sich die Sternentstehung deutlich verlangsamt. Nun liefert eine neue Studie unter der Leitung chinesischer Wissenschaftler frische und entscheidende Hinweise, um dieses kosmische Rätsel zu entschlüsseln.
Ein internationales Team – darunter die Nationalen Astronomischen Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (NAOC), das Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, die Shanghai Jiao Tong University und weitere Institutionen – hat auf diesem Gebiet bedeutende Fortschritte erzielt. Mithilfe des chinesischen 500-Meter-Sphärischen Radioteleskops (FAST) sowie des Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), einem globalen Projekt, an dem mehr als 70 Institutionen beteiligt sind, führten die Forscher hochpräzise Messungen der Evolution von neutralem Wasserstoff im Universum über die letzten 4,5 Milliarden Jahre durch. Ihre Arbeit wirft ein neues Licht auf dieses seit langem bestehende Rätsel.
„Warum fällt es dem Universum zunehmend schwerer, neue Sterne zu bilden? Das ist eine Kernfrage auf dem Gebiet der Entstehung und Evolution von Galaxien“, sagte Jiang Peng, Forscher am NAOC. Eine weit verbreitete und intuitive Erklärung lautet, dass im Laufe der Entwicklung des Universums das kalte Gas, aus dem Sterne entstehen, allmählich aufgebraucht wird, was schließlich zu einem Rückgang der Sternentstehung führt. Wenn dieses Szenario zutrifft, müsste der Rückgang der Sternentstehungsrate zwangsläufig mit einer entsprechenden Erschöpfung der kalten Gasvorräte einhergehen.
Neutraler atomarer Wasserstoff ist einer der wichtigsten kalten Gasvorräte in Galaxien und dient als entscheidendes Bindeglied zwischen großräumigen Gaskreisläufen und der internen Sternentstehung. Neutraler Wasserstoff wird jedoch hauptsächlich über seine extrem schwache 21-Zentimeter-Spektrallinie nachgewiesen. Und bei weit entfernten Galaxien gingen einzelne Signale oft im Hintergrundrauschen unter, was zu einem anhaltenden Mangel an zuverlässigen, direkten Beobachtungsnachweisen führe, erklärte Guo Hong, Forscher am SHAO.
Durch die Kombination der hochempfindlichen Radiobeobachtungen von FAST mit der umfassenden spektroskopischen Himmelsdurchmusterung von DESI analysierte die Studie etwa 2,5 Millionen Galaxien auf etwa einem Drittel des Himmels. Dieser Ansatz ermöglichte es den Forschern, die Entwicklungsgeschichte des kosmischen neutralen Wasserstoffs mit beispielloser statistischer Präzision und Stichprobengröße nachzuverfolgen.
Die präzisen Messungen zeigen, dass vor 4,5 Milliarden Jahren die kosmische Sternentstehungsrate etwa 2,5-mal so hoch war wie heute, während die Dichte des neutralen atomaren Wasserstoffs zu dieser Zeit nur etwa das 1,4-Fache des heutigen Wertes betrug.
Mit anderen Worten: Selbst als die Sternentstehungsaktivität drastisch zurückging, versiegten die neutralen Wasserstoffreserven des Universums nicht im gleichen Maße. Diese Erkenntnis schließe das vereinfachende Szenario, wonach „eine rasche Erschöpfung des neutralen Wasserstoffs den Rückgang der Sternentstehung verursacht habe“, direkt aus, so Jiang.
Wenn also die Reserven an neutralem Wasserstoff nach wie vor reichlich vorhanden sind, was erschwert dann die Sternentstehung zunehmend?
Die Forscher vermuten, dass Sterne hauptsächlich in dichteren molekularen Gaswolken entstehen. Wenn die gesamte kosmische Gasdichte sinkt, nimmt die Effizienz der Umwandlung von neutralem Wasserstoff in molekularen Wasserstoff entsprechend ab, was dazu führt, dass das molekulare Gas, in dem Sterne direkt entstehen können, allmählich abnimmt.
Die Ergebnisse wurden am Dienstag in der internationalen Fachzeitschrift „Nature Astronomy“ veröffentlicht.