Sternentstehung und Schwarze Löcher: Eine komplexe Beziehung

Eine grosse Frage in der Erforschung des Universums ist, warum einige Galaxien aufhören, neue Sterne zu bilden. Frühere Forschungen haben einen starken Zusammenhang zwischen dieser Pause in der Sternentstehung und der Grösse von supermassiven schwarzen Löchern im Zentrum dieser Galaxien aufgezeigt. Andere Studien legen nahe, dass wenn einer Galaxie neue Gaszuflüsse fehlen, das zu einer schnellen Erschöpfung des verbleibenden Gases für die Sternentstehung führen kann, was dazu führt, dass die Galaxie „passiv“ wird. Das bedeutet, dass sie keine neuen Sterne mehr bildet. In diesem Artikel werden wir Erkenntnisse besprechen, die diese beiden Ideen miteinander verbinden.

#Der Zusammenhang zwischen Sternentstehung und schwarzen Löchern

Forscher haben anhand einer grossen Sammlung von Galaxien die Beziehung zwischen der Menge an schweren Elementen in Sternen (genannt stellare Metallizität) und verschiedenen Eigenschaften von Galaxien untersucht. Sie fanden heraus, dass bei Galaxien, die weiterhin Sterne bilden, die stellare Metallizität hauptsächlich von der Gesamtmasse der Sterne in der Galaxie abhängt. In Galaxien, die keine Sterne mehr bilden, wird jedoch die Masse des schwarzen Lochs zum entscheidenden Faktor. Das bedeutet, dass die Aktivität einer Galaxie bei der Sternentstehung von der Masse ihres zentralen schwarzen Lochs beeinflusst werden kann.

Der Zusammenhang zwischen diesen Ergebnissen zeigt, dass das Feedback von schwarzen Löchern den neuen Gaseinfluss in Galaxien verhindern kann. Dadurch wird das verfügbare Gas schnell für die Bildung neuer Sterne verbraucht, was zu einer höheren Metallizität führt und die Galaxie dazu bringt, ganz aufzuhören, Sterne zu bilden.

#Was ist stellare Metallizität?

Die Anwesenheit schwerer Elemente in einer Galaxie gibt uns Hinweise auf ihre Geschichte der Sternentstehung. Dieses Mass für das Gewicht wird als „Metallizität“ bezeichnet. Sterne erzeugen diese schweren Elemente durch Kernreaktionen in ihren Kernen, und diese Elemente werden durch Supernova-Explosionen und Winde von Sternen zurück ins All freigesetzt, was die Metallizität des interstellaren Mediums (ISM) erhöht.

Allerdings kann die Metallizität von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden, wie zum Beispiel durch inkommmendes Gas mit niedriger Metallizität, das die Gesamtmetallizität verdünnen kann, und Gasströme, die Metalle wegtransportieren können.

#Metallizität in Galaxien messen

Die Metallizität in Galaxien kann sowohl für das Gas als auch für die Sterne untersucht werden. Für beide Typen gibt es etablierte Beziehungen zu anderen Eigenschaften von Galaxien. Im Allgemeinen steigt die Metallizität mit der Erhöhung der stellaren Masse, bis sie sich stabilisiert, was als Mass-Metallizitäts-Relation (MZR) bekannt ist. Ausserdem neigt die Metallizität bei Galaxien mit fester Masse dazu, zu sinken, wenn die Sternentstehungsrate steigt. Dies führt zu einer dreidimensionalen Beziehung, die als Fundamentale Metallizitätsrelation (FMR) bezeichnet wird.

Stellare Metallizitäten können sowohl für aktive (sternentstehende) als auch für Passive Galaxien bestimmt werden, während Gasphasemetallizitäten oft nur für aktive Galaxien genau sind.

#Unterschiede zwischen sternenbildenden und passiven Galaxien

Sternenbildende Galaxien und passive Galaxien zeigen deutliche Unterschiede in ihren Werten der stellaren Metallizität. Passive Galaxien haben tendenziell eine höhere Metallizität bei einer bestimmten stellaren Masse. Verschiedene Faktoren wurden genannt, warum die Sternentstehung aufhören kann, wie Feedback von aktiven galaktischen Kernen (AGN), die Form der Galaxien, kosmische Strahlen, magnetische Felder und die Umgebung der Galaxien.

Bemerkenswerterweise zeigen neueste Studien, dass der stärkste Zusammenhang dazu, dass eine Galaxie aufhört, Sterne zu bilden, die Masse des zentralen schwarzen Lochs ist, insbesondere bei zentralen Galaxien oder massiven Satelliten. Das deutet darauf hin, dass das Feedback des schwarzen Lochs der Hauptgrund für diese Einstellung sein könnte.

#Herausforderungen beim Verständnis der Quenching

Wenn man herausfinden will, warum Galaxien die Sternentstehung einstellen, ist eine Herausforderung, dass viele Eigenschaften von Galaxien sich gegenseitig beeinflussen können. Nur weil zwei Eigenschaften miteinander verbunden sind, bedeutet das nicht, dass eine die andere verursacht. Forscher haben dieses Problem mit fortschrittlichen Techniken angegangen, die es ihnen ermöglichen, direkte Verbindungen zu identifizieren, anstatt irreführende Korrelationen, die durch miteinander verbundene Eigenschaften entstehen.

Um die Beziehung zwischen stellare Metallizität und Galaxie-Eigenschaften weiter zu erforschen, wurden verschiedene Techniken angewandt, um intrinsische Beziehungen von sekundären zu trennen, die durch andere Faktoren entstehen könnten.

#Untersuchung der stellaren Metallizität

Diese Forschung zielt darauf ab, zu klären, wie die stellare Metallizität von verschiedenen Galaxie-Eigenschaften beeinflusst wird. Die Forscher kategorisierten Galaxien in star-formierende und passive Typen, basierend darauf, wie sie mit der Hauptsequenz der Sternentstehung übereinstimmen. Die Studie nutzte Daten aus einer bedeutenden astronomischen Umfrage, um sicherzustellen, dass die getätigten Messungen zuverlässig waren, indem strenge Kriterien auf die Stichprobe angewandt wurden.

#Wichtige Erkenntnisse zur stellaren Metallizität

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass für sternenbildende Galaxien die stellare Metallizität hauptsächlich von der stellaren Masse beeinflusst wird. Im Gegensatz dazu ist bei passiven Galaxien der entscheidende Faktor für die stellare Metallizität die Masse des schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie. Das hebt hervor, dass die Bedeutung dieser Faktoren davon abhängt, ob eine Galaxie noch Sterne bildet oder passiv geworden ist.

Darüber hinaus hatten Eigenschaften von Galaxien wie Umweltfaktoren wenig Einfluss auf die stellare Metallizität, was darauf hinweist, dass interne Dynamiken innerhalb der Galaxien kritischer sind als die Umgebung, um ihre Eigenschaften zu prägen.

#Visualisierung der Beziehungen

Durch eine Methode zur Visualisierung der Verbindungen konnten Forscher darstellen, wie die Masse des schwarzen Lochs und die stellare Masse die stellare Metallizität sowohl in sternenbildenden als auch in passiven Galaxien beeinflussen. Bei sternenbildenden Galaxien war der Anstieg der stellaren Metallizität eng mit der stellaren Masse verbunden, während es bei passiven Galaxien eher mit der Masse des schwarzen Lochs zusammenhing.

Diese visuelle Darstellung stärkte die Idee, dass die Einflüsse dieser Faktoren nicht nur Reflexionen des Gravitationspotentials oder der Umweltbedingungen sind, sondern vielmehr intrinsische Eigenschaften der Galaxien selbst anzeigen.

#Die Beziehung zwischen schwarzen Löchern und Metallizität

Die Studie fand eine starke Korrelation zwischen der Masse des schwarzen Lochs und der stellaren Metallizität in passiven Galaxien. Diese Beziehung deutet darauf hin, dass das Verständnis des Einflusses des schwarzen Lochs tiefere Einblicke in die Evolution von Galaxien bieten kann. Die Ergebnisse legen nahe, dass für sternenbildende Galaxien die stellare Metallizität überwiegend von der stellarer Masse abhängt. Für passive Galaxien kehrt sich die Beziehung jedoch um, was darauf hinweist, dass das schwarze Loch eine entscheidende Rolle spielt.

#Fazit

Zusammenfassend lernen wir, dass bei sternenbildenden Galaxien die Masse der Sterne weitgehend ihre Metallizität diktiert, während passive vor allem von der Masse ihres zentralen schwarzen Lochs beeinflusst werden. Das deutet darauf hin, dass aktive Schwarze Löcher einen erheblichen Einfluss auf das Stoppen der Sternentstehung haben, was zu einem raschen Anstieg der stellaren Metallizität führt, während das verfügbare Gas verbraucht wird. Letztendlich helfen diese Erkenntnisse, frühere Lücken im Verständnis der Zusammenhänge zwischen Sternentstehung, Masse des schwarzen Lochs und wie Galaxien sich über die Zeit entwickeln, zu schliessen.