Galaktische Transformationen: Wie Cluster ihr Schicksal formen

Galaxien sind riesige Systeme, die mit Sternen, Gas und Staub gefüllt sind. Sie können sich im Laufe der Zeit verändern, besonders wenn sie in neue Umgebungen wie Galaxienhaufen eintreten. In diesem Artikel wird untersucht, wie Galaxien sich verhalten, wenn sie in Haufen kommen, mit Fokus auf zwei Hauptveränderungen: das Stoppen der Sternentstehung und das Verändern ihrer Form oder Struktur.

#Was passiert, wenn Galaxien zu Haufen stossen?

Wenn Galaxien in Haufen fallen, hören sie oft auf, neue Sterne zu bilden, und verändern ihre Formen. Das liegt an den Einflüssen der Umgebung um sie herum. Um das zu verstehen, haben Forscher eine grosse Anzahl von Galaxien untersucht, sowohl in Haufen als auch in isolierteren Gebieten, um zu sehen, wie sie sich im Laufe der Zeit entwickelt haben.

#Die Probe von Galaxien

In dieser Studie haben die Forscher über 20.000 Galaxien in Haufen und fast 12.000 Galaxien im Feld (ausserhalb von Haufen) betrachtet. Indem sie diese beiden Gruppen verglichen, wollten sie herausfinden, wie die Umgebung ihre Entwicklung beeinflusst hat.

#Morphologische Veränderungen

Wenn Galaxien in Haufen eintreten, können sie sich von spiralförmigen Formen, die die klassischen „Windrad“-Formen mit Armen sind, zu elliptischen Formen, die runder sind, verändern. Dieser Prozess wird als morphologische Transformation bezeichnet. Die Forscher fanden heraus, dass Galaxien mit niedrigerer Masse besonders betroffen waren und sich in Formen bewegten, die darauf hindeuten, dass sie aufgehört haben, Sterne zu bilden.

#Der Einfluss der Umgebung

Es wurde beobachtet, dass die Umgebung einen erheblichen Einfluss auf diese Veränderungen hatte, besonders bei Galaxien mit niedrigerer Masse. Diese Galaxien bewegten sich oft aus einem Zustand, in dem sie aktiv Sterne bilden (die blaue Wolke), in einen Zustand, in dem sie teilweise aufgehört haben, Sterne zu bilden (das grüne Tal), und schliesslich in einen Zustand, in dem sie keine Sterne mehr bilden (die rote Sequenz). Das grüne Tal dient als Übergangszustand.

#Zeitrahmen für Veränderungen

Ein wichtiger Aspekt dieser Forschung war zu verstehen, wie lange es dauert, bis diese Veränderungen eintreten, nachdem eine Galaxie in einen Haufen eintritt. Die Studie schätzte, dass Galaxien mit niedrigerer Masse etwa 0,4 Milliarden Jahre im grünen Tal verbringen, bevor sie vollständig aufhören, Sterne zu bilden.

Interessanterweise, obwohl Galaxien festgestellt wurden, dass sie Zeit im grünen Tal verbringen, blieb der Anteil der Galaxien in diesem Zustand über die Zeit relativ konstant, was auf einen Fluss von Galaxien hindeutet, die in diesen Übergangszustand hinein und heraus bewegen.

#Das "Langsame-dann-schnelle" Quenching-Modell

Eines der Hauptmodelle, das verwendet wird, um die Veränderungen in der Sternentstehung zu beschreiben, ist das "langsame-dann-schnelle" Quenching-Modell. Zunächst, wenn Galaxien in Haufen eintreten, verlangsamt sich ihre Sternentstehung allmählich. Diese langsame Phase kann eine Weile dauern, bis zu einem bestimmten Punkt, an dem die sinkende Sternentstehung plötzlich schneller wird.

Die Studie legte nahe, dass diese langsame Phase wahrscheinlich von der Cluster-Umgebung beeinflusst wird, die allmählich anfängt, die Galaxie zu beeinflussen. Nachdem eine bestimmte Schwelle in der Umgebungsdichte erreicht ist, werden die Prozesse, die Gas abziehen und die Sternentstehung stoppen, viel effektiver. Folglich erfolgt der Übergang zur Ruhe (der Zustand, in dem keine neuen Sterne gebildet werden) schneller.

#Verhalten der Galaxien in Haufen vs. Feld

Die Forschung fand auffällige Unterschiede zwischen Galaxien in Haufen und denen im Feld. Galaxien in Haufen zeigen typischerweise höhere Anteile an frühen morphologischen Typen und haben eine grössere Wahrscheinlichkeit, gequält zu werden, verglichen mit Galaxien im Feld. Feldgalaxien bleiben hauptsächlich in der blauen Wolke, wobei nur wenige in die rote Sequenz übergehen.

Diese Ergebnisse unterstreichen die Rolle der Umgebung in der Galaxienentwicklung. In Haufen erleben Galaxien mehr Interaktionen und Einflüsse, die ihre Struktur und Sternentstehungsraten verändern können.

#Die Rolle interner und externer Mechanismen

Die Veränderungen, die bei Galaxien beobachtet wurden, können auf eine Mischung aus internen und externen Faktoren zurückgeführt werden. Interne Mechanismen umfassen natürliche Eigenschaften der Galaxien wie Rückkopplung von aktiven Galaktischen Kernen (AGN) oder evolutionäre Veränderungen durch Balken. Externe Mechanismen hängen hingegen mit der Umgebung der Galaxie zusammen, wie z.B. Interaktionen mit nahegelegenen Galaxien oder die Auswirkungen des Ram-Drucks.

Ram-Druck-Abschneiden ist ein Prozess, der passiert, wenn eine Galaxie schnell durch das heisse Gas in einem Haufen zieht, was ihr Gas abziehen und die Sternentstehung beeinflussen kann. Dies ist besonders relevant für Galaxien mit niedrigerer Masse, da sie anfälliger dafür sind, ihr Gas durch solche Umwelteffekte zu verlieren.

#Untersuchung der Zeitrahmen

Im Kontext ihrer Studie wurde deutlich, dass die Wechselwirkung von internen und externen Faktoren bis zu einer bestimmten Entfernung (oder Rotverschiebung) getrennt werden kann. Die Forschung zeigte, dass Galaxien mit niedrigerer Masse ihr Gas verlieren und aufhören, Sterne zu bilden, hauptsächlich aufgrund externer Einflüsse, während massivere Galaxien eher auf ihre internen Eigenschaften angewiesen sind, um ihre Sternentstehung aufrechtzuerhalten.

Die Studie untersuchte verschiedene Modelle der Galaxienentwicklung, wobei der Fokus besonders auf dem "langsame-dann-schnelle" Quenching-Modell lag, das postuliert, dass Galaxien zunächst einen allmählichen Rückgang der Sternentstehung erleben, gefolgt von einem schnellen Rückgang, sobald sie tief im Cluster-Umfeld sind.

#Das grüne Tal und Übergangszeiten

Die Forscher hoben hervor, dass das grüne Tal eine kurze, aber wichtige Phase im Lebenszyklus einer Galaxie darstellt. Sie schätzten, dass Galaxien etwa 0,8 Milliarden Jahre in diesem Zustand verbringen könnten, nachdem sie in den Haufen eingetreten sind. Diese Phase ist entscheidend, da sie andeutet, dass Galaxien immer noch eine gewisse Sternentstehungsaktivität haben können, selbst während sie beginnen, in frühe morphologische Typen überzugehen.

Durch die Untersuchung der Anteile von Galaxien in der blauen Wolke, im grünen Tal und in der roten Sequenz konnten die Forscher Einblicke darin geben, wie Umwelteffekte diese Übergänge antreiben. Die Forschung betonte, dass das grüne Tal weniger bevölkert zu sein scheint als erwartet, was darauf hindeuten könnte, dass der Übergang durch diese Phase relativ schnell ist.

#Beziehung zwischen Sternentstehung und morphologischen Veränderungen

Ein wesentlicher Aspekt dieser Forschung war das Zusammenspiel zwischen der Unterdrückung der Sternentstehung und den morphologischen Übergängen. Beobachtungen deuteten darauf hin, dass der Übergang von einer spiralförmigen zu einer elliptischen oder S0-Morphologie oft erfolgt, bevor die Galaxie vollständig ihre Sternentstehung stoppt.

Diese Reihenfolge betont eine potenzielle Verbindung zwischen der Art und Weise, wie Galaxien ihre Fähigkeit zur Sternentstehung verlieren, und ihrer morphologischen Evolution. Zum Beispiel neigen Galaxien mit niedrigerer Masse, die spiralig sind, dazu, ihre Merkmale zu verlieren, wenn sie in Haufen eintreten, und wechseln zu S0-Formen, während sie noch in der Lage sind, minimale Sternentstehung zu haben.

#Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Galaxien in Haufen signifikante Veränderungen sowohl in der Sternentstehung als auch in der Morphologie aufgrund von Umwelteinflüssen durchlaufen. Galaxien mit niedrigerer Masse sind besonders betroffen und wechseln von der blauen Wolke über das grüne Tal schliesslich zur roten Sequenz. Das Modell des "langsame-dann-schnelle" Quenchings erklärt ihren Evolutionstimeline, während die Verbindung zwischen Veränderungen in der Sternentstehung und der Formveränderung die Komplexität in der Galaxienentwicklung in dichten Umgebungen hervorhebt.

Diese Studie bietet ein klareres Verständnis dafür, wie externe Faktoren, gemeinsam mit internen Eigenschaften, Galaxien formen, während sie in Haufen fallen und verschiedene Phasen in ihrem Lebenszyklus markieren. Mit weiterer Forschung können die intricaten Details dieser Prozesse noch klarer werden, was unser Gesamtverständnis der riesigen und komplexen Struktur des Universums verbessert.