Chinas FAST-Teleskop schreibt die Geschichte des nachlassenden Sternenwachstums neu
Jahrzehntelang haben Astronomen beobachtet, wie das Universum immer stiller wird. Galaxien waren einst hektisch damit beschäftigt, kaltes Gas in neue Sterne zu verwandeln, doch diese Aktivität hat über Milliarden von Jahren stark nachgelassen. Die vorherrschende Erklärung war einfach: Den Galaxien ging der Brennstoff aus. Man nahm an, dass kaltes Wasserstoffgas, der Rohstoff der Sterne, stetig verbraucht und nie schnell genug ersetzt wurde.
Eine neue internationale Studie legt nahe, dass diese Geschichte unvollständig ist. Ein internationales Team mit Beteiligung der Nationalen Astronomischen Observatorien Chinas, des Astronomischen Observatoriums Shanghai und der Shanghai Jiao Tong Universität kombinierte zwei der leistungsstärksten Instrumente der Welt, um zu messen, wie viel neutraler Wasserstoff – das kalte Gas, das die Sternbildung speist – in den vergangenen 4,5 Milliarden Jahren tatsächlich vorhanden war.
Die Instrumente waren das Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, bekannt als FAST, in der Provinz Guizhou, und das Dark Energy Spectroscopic Instrument, oder DESI, in Arizona. FAST ist das größte Einzelschüssel-Radioteleskop der Welt, und seine Empfindlichkeit macht es außergewöhnlich gut darin, schwache Wasserstoffsignale zu entdecken. DESI hingegen kartiert Millionen von Galaxien über enorme Raumvolumina. Zusammen bieten sie eine Möglichkeit, Sternbildungsraten mit dem Gasvorrat auf derselben kosmischen Zeitskala zu vergleichen.
Das in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlichte Ergebnis ist, dass beide nicht im Gleichschritt verlaufen. Die Sternbildung hat dramatisch nachgelassen, doch das Reservoir an neutralem Wasserstoff ist nicht im gleichen Tempo ausgetrocknet. Mit anderen Worten: Galaxien enthalten noch reichlich Rohmaterial für Sterne. Was sie zu verlieren scheinen, ist die Fähigkeit, es zu verarbeiten.
Der Befund verlagert die Aufmerksamkeit vom Angebot auf den Prozess. Gas muss abkühlen, sich zusammenballen und unter der Schwerkraft kollabieren, bevor es zu Sternen entzündet werden kann, und jeder dieser Schritte kann gestört werden. Durch explodierende Sterne angetriebene Ausströmungen, Erwärmung durch supermassereiche Schwarze Löcher oder die schlichte Turbulenz einer heranreifenden Galaxie könnten das Gas allesamt zu warm oder zu diffus machen, um effizient zu kollabieren. Eine Galaxie kann gasreich und dennoch nahezu steril sein.
Diese Neubewertung ist wichtig, weil sie eine der zentralen Fragen der Galaxienentwicklung berührt: Warum erreichte die sternbildende Ära des Universums vor Milliarden von Jahren ihren Höhepunkt und ist seitdem am Abklingen? Wenn die Erschöpfung des Brennstoffs nicht die Hauptursache ist, müssen Modelle darüber, wie Galaxien wachsen, altern und schließlich verstummen, überarbeitet werden.
Für die chinesische Astronomiegemeinschaft ist die Arbeit zudem ein Meilenstein der internationalen Zusammenarbeit. FAST wurde in China vorgeschlagen und gebaut, doch seine wertvollste Wissenschaft entsteht zunehmend aus der Kombination mit Instrumenten anderswo. Radio-beobachtungen können kaltes Gas nachweisen, das optische Durchmusterungen nicht sehen, während große spektroskopische Durchmusterungen die statistische Stichprobe liefern, die ein einzelnes Teleskop nicht allein zusammenstellen kann.
Es gibt auch eine breitere Lehre für jeden, der den Himmel beobachtet. Die kosmische Geschichte ist keine einfache Geschichte der Erschöpfung, wie ein Feuer, das seine letzten Scheite verbrennt. Sie gleicht eher einer Küche, in der noch Zutaten in den Regalen stehen, die aber ihre Köche verloren hat. Zu verstehen, warum – und ob die Verlangsamung in irgendeiner Galaxie umkehrbar ist –, wird Astronomen noch Jahre beschäftigen, und es wird Teams wie dieses dazu bringen, ihre Schüsseln und Spektrographen weiter auf dieselben Himmelsregionen zu richten.