Die Geheimnisse der kleinen roten Punkte untersuchen

Forscher haben neulich eine weit verbreitete Gruppe von kleinen kosmischen Objekten entdeckt, die als "Kleine rote Punkte" (LRDs) bezeichnet werden. Diese Objekte werden anhand ihres roten Lichts und ihrer kompakten Formen kategorisiert. Man glaubt, dass sie rot erscheinen, wegen des Staubs, der sich in oder um aktive Galaxien oder im Raum zwischen den Sternen in Galaxien befinden könnte. Allerdings gibt es bisher keine direkten Beweise für Staub in diesen Objekten.

In einer Studie mit 675 LRDs haben Wissenschaftler grobe Schätzungen zu den Staubeigenschaften dieser Gruppe geliefert. Sie schätzen, dass die durchschnittliche Menge an Staub in diesen Objekten relativ gering ist und sie spezifische Helligkeits- und Wärmegrade zeigen. Interessanterweise scheint das Licht dieser Objekte bei einer Temperatur von etwa 100 K zu gipfeln, egal ob die Wärme von den Zentren aktiver Galaxien oder von Sternentstehung kommt.

Die Vorhersagen legen nahe, dass LRDs viel schwächere Signale im Submillimeterbereich aussenden, im Vergleich zu dem, was aktuelle Beobachtungen gemessen haben. Wenn das Licht von LRDs hauptsächlich von Sternen stammt, ist die Menge an Sternenlicht im Vergleich zu Staub viel höher, als man normalerweise erwarten würde. Das wirft Fragen zu den geschätzten Massen der Sterne in diesen Objekten auf. Obwohl es viele LRDs im Universum gibt, tragen sie nur wenig zur gesamten kosmischen Staubmasse bei.

In den ersten Jahren ihrer Studie haben die Forscher die überraschend hohe Häufigkeit dieser kompakten kleinen roten Punkte bemerkt. Sie haben auffällige rote Farben und zeigen oft einen schwachen blauen Farbton im ultravioletten Licht. Das erzeugt eine spezifische Form in ihrer Lichtkurve, die als 'V-förmige' spektrale Energieverteilung (SED) bezeichnet wird. Das Auftreten von LRDs ist in bestimmten Zeiträumen häufig und macht einen kleinen Prozentsatz der Galaxien aus früheren kosmischen Epochen aus. Ähnliche Objekte, die sowohl rot als auch kompakt sind, scheinen im nahen Universum nicht zu existieren oder sind extrem selten.

Erste Beobachtungen dieser Objekte haben gezeigt, dass die meisten LRDs breite Lichtspektren aufweisen, insbesondere in den Wasserstofflinien, was darauf hindeutet, dass sie aktive Zentren haben, die typisch für helle, aktive Galaxien sind. Solche Merkmale treten normalerweise zusammen mit blauem Licht aus dem Bereich auf, wo Material in Schwarze Löcher fällt, was eine direkte Beziehung zwischen den beiden Emissionen herstellt. Das rote Licht der LRDs deutet jedoch darauf hin, dass sie durch Staub verdeckt sind, was ein Verständnis ihrer Natur erschwert.

Die Präsenz von signifikantem Staub beeinflusst, wie hell diese Objekte tatsächlich sind. Wenn der Staub einen Teil des Lichts blockiert, könnte die tatsächliche Helligkeit höher sein als beobachtet. Das hat Auswirkungen auf Theorien, wie die ersten massiven schwarzen Löcher und die umgebenden Galaxien entstanden. Es ist wichtig herauszufinden, was genau das Licht von LRDs verursacht: Ist es die Wärme von einem schwarzen Loch oder das Licht von Sternen in der Galaxie? Zusätzlich ist es entscheidend zu verstehen, wo der Staub sitzt – ob er in heissen Regionen nahe einem schwarzen Loch oder gleichmässig im ganzen Galaxy verteilt ist.

Diese Fragen zu beantworten ist wichtig, um die hohe Dichte von LRDs zu begreifen. Wenn das Licht hauptsächlich von schwarzen Löchern stammt, deutet das darauf hin, dass es viel mehr supermassive schwarze Löcher gibt, als bisher angenommen. Alternativ könnte es, wenn Sterne das Licht stark beeinflussen, bedeuten, dass wir nah an den Grenzen der Sternentstehung sind, angesichts der Bedingungen des Universums.

Während breite Emissionen auf die Präsenz aktiver Galaxienzentren hindeuten, gibt es Anzeichen dafür, dass das gesamte Licht möglicherweise nicht von diesen Zentren kommt. In vielen Fällen fehlt es LRDs an den starken heissen Staubemissionen, die normalerweise in helleren Systemen zu erwarten wären. Aktuelle Messungen zeigen, dass LRDs flache Emissionen über bestimmte Lichtwellenlängen aufweisen, was darauf hindeutet, dass sie nicht den Staub haben, der in aktiven Galaxienzentren zu sehen ist.

Wenn der Staub, der das Licht von LRDs verändert, nicht extrem heiss ist, dann existiert er wahrscheinlich in kälteren Regionen der Galaxien, möglicherweise bei Temperaturen um 30 K. Mithilfe der Eigenschaften von LRDs können Wissenschaftler die Staubeigenschaften wie Masse, Helligkeit und Temperatur schätzen.

Die Forschung stützt sich auf zwei Hauptproben von LRDs. Die erste Probe stammt aus grossen astronomischen Umfragen, bei denen spezifische Farben ausgewählt wurden, um LRDs zu identifizieren. Die zweite Probe stammt aus einer anderen Umfrage mit strengeren Farbauswahl, was insgesamt 675 leicht identifizierbare LRDs ergibt. Jede Probe hat unterschiedliche Eigenschaften, wie Rotverschiebung und Farbprofile, die beeinflussen können, wie sie untersucht werden.

Die Untersuchung dieser Proben ermöglicht es den Forschern, die Staubeigenschaften von LRDs zu schätzen. Sie nutzen eine Kombination aus beobachtetem Licht von LRDs, einschliesslich etwaiger durch Staub verursachter Abdunkelungen, um zu bestimmen, wie umfangreich der Staub in diesen Objekten sein könnte. Durch die Anwendung bekannter Beziehungen zwischen Licht und Staub sind grobe Schätzungen ihrer Staubmasse, Helligkeit und Temperatur möglich.

Aus den Daten wollen die Forscher die Staubeigenschaften der LRD-Population verstehen. Auch wenn keiner direkt durch ihren emittierten Staub gefunden wurde, sind die Ziele, Erkenntnisse durch das Beobachtete zu gewinnen. Das beobachtete Licht gibt eine Vorstellung davon, wie viel Staub und Gas in diesen Systemen existieren könnte.

Um die Gesamtstaubmassen zu bestimmen, nehmen die Forscher an, dass der Staub Licht in denselben Bereichen absorbiert, in denen Sterne es tun. Das könnte bedeuten, dass die Staubpositionen mit den hellsten Lichtbereichen übereinstimmen. Tests an bekannten Galaxien, die messbaren Staub haben, unterstützen diese Annahme.

Sobald die Staubmassen ermittelt sind, schätzen die Forscher auch die Gesamthelligkeit aus dem Staub. Dies bezieht sich auf das Licht, das absorbiert und dann bei längeren Wellenlängen wieder emittiert wurde. Indem sie berücksichtigen, wie viel Licht absorbiert wird und wie es das Energiebudget umschreibt, können Wissenschaftler Schätzungen der kumulierten Staubhelligkeit erstellen.

In dieser Forschung haben die Wissenschaftler auch untersucht, wie viel Sternenlicht verdeckt ist im Vergleich zu dem, was sichtbar ist. Das umfasst die Berücksichtigung, wie die Sternentstehungsraten mit dem vorhandenen Staub in Verbindung stehen. Das Ziel ist es, zu überprüfen, wie viel Staub und wie viele Sterne in diesen Galaxien sein könnten.

Durch die Kombination dieser Erkenntnisse haben die Forscher herausgefunden, dass LRDs im Durchschnitt nur geringe Mengen an Staub besitzen. Das bedeutet, dass es zwar viele LRDs gibt, sie jedoch nicht erheblich zur Gesamtstaubmasse im Universum beitragen.

Die LRDs zeigen ein wärmeres Lichtsignal im Vergleich zu dem, was typischerweise in Standardstaubmodellen zu finden wäre, was darauf hindeutet, dass die Bedingungen in diesen Galaxien einzigartig sind. Die Ergebnisse zeigen, dass der warme Staub, der in LRDs beobachtet wird, mit der Sternentstehung in kleinen Massstäben übereinstimmt, was bedeutet, dass diese kleinen Objekte höhere Temperaturen haben als typischer kosmischer Staub.

Der Staub, der in diesen LRDs beobachtet wird, scheint dem von anderen Galaxietypen ähnlich zu sein, wie etwa von sternbildenden Galaxien und aktiven Galaxienzentren. Trotz ihrer kleineren Staubmassen deutet ihre hohe Dichte darauf hin, dass sie einen signifikanten Teil des Staubinhalts des frühen Universums ausmachen, auch wenn sie insgesamt nicht viel zum kosmischen Staubbudget beitragen.

Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass LRDs nur einen kleinen Bruchteil des gesamten kosmischen Staubs ausmachen. Der viel grössere Beitrag kommt von selteneren, aber massereicheren staubbeladenen Galaxien, oft als staubige, sternbildende Galaxien (DSFGs) bezeichnet.

Zusammenfassend haben aktuelle Studien ein klareres Bild der sogenannten kleinen roten Punkte geliefert, das zeigt, dass sie zwar zahlreich sind, aber nur wenig zum gesamten kosmischen Staub beitragen. Während die Forscher weiterhin untersuchen, hoffen sie, das Verständnis dafür zu vertiefen, wie diese Objekte in das grössere Bild der kosmischen Evolution und Bildung passen.