Die große Andromeda-Galaxie verliert an Leuchtkraft, da ihre Sternentstehung um 80 % zurückgeht

M31, seit der Antike besser bekannt als Andromeda, ist einer unserer wichtigsten galaktischen Nachbarn, da sie zusammen mit der Milchstraße die Lokale Gruppe dominiert. Abgesehen davon, dass wir voraussichtlich in etwa 4 Milliarden Jahren mit ihr kollidieren werden, ermöglicht uns ihre Nähe, sie als Sternenlabor zu nutzen.

Dank seiner Nähe – etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt – können Weltraumteleskope wie das Hubble-Teleskop einzelne Sterne innerhalb seiner Scheibe auflösen und die Entwicklung dieser Systeme so detailliert beobachten, dass sich ihre Geschichte mit bemerkenswerter Präzision rekonstruieren lässt.

In einer neuen Studie analysierten Forscher mehr als 6.500 kleine Regionen der südlichen Scheibe und verglichen dabei die Farbe und Helligkeit der Sterne, um abzuschätzen, wann verschiedene Sternpopulationen entstanden sind. Auf diese Weise konnten sie rekonstruieren, wie sich die Sternentstehung in den letzten 500 Millionen Jahren verändert hat.

Indem sie ermittelten, wie viele Sterne der jeweiligen Art in den einzelnen Regionen vorkommen, konnten die Forscher die bislang detaillierteste Geschichte der Sternentstehung rekonstruieren. Und hier wird es spannend: Die Daten zeigten, dass die Entstehung neuer Sterne in den letzten 40 Millionen Jahren zunehmend zurückgegangen ist.

Ein Stillstand, der sich über Hunderte von Millionen Jahren hinweg entwickelt hat

Der Rückgang ist alles andere als gering. Innerhalb des von den Untersuchungen abgedeckten Gebiets lag die durchschnittliche Rate in den letzten 100 Millionen Jahren bei 0,445 Sonnenmassen pro Jahr und sank auf 0,285 Sonnenmassen pro Jahr, wenn man die letzten 20 Millionen Jahre betrachtet.

Als diese Messungen auf die gesamte Scheibe hochgerechnet wurden, schätzten die Forscher die Rate für die letzten 100 Millionen Jahre auf etwa 0,67 Sonnenmassen pro Jahr und für die letzten 20 Millionen Jahre auf etwa 0,43. Diese Verlangsamung wird insbesondere in den letzten 40 Millionen Jahren deutlich.

Wenn wir die Zeit etwa 500 Millionen Jahre zurückdrehen, bildete Andromeda jährlich Sterne mit einer Gesamtmasse von einer Sonnenmasse. Doch hier wird es interessant: Vor etwa 40 Millionen Jahren sank die Rate auf fast die Hälfte dieses Wertes, wobei die aktuelle Rate sogar noch niedriger ist, was eher auf einen langwierigen Prozess als auf ein plötzliches Ende hindeutet.

Forscher deuten dieses Verhalten als Endstadium eines Rückgangs, der bereits viel früher einsetzte, da frühere Studien eine bedeutende Phase der Sternentstehung vor etwa 2 Milliarden Jahren nachgewiesen hatten. Seitdem hat sich die Scheibe allmählich zu einem weniger aktiven Zustand entwickelt und nähert sich dem einer Übergangsgalaxie an.

M32, der kleine Verdächtige

Ein Großteil der jüngsten Sternentstehung in Andromeda konzentriert sich auf ringförmige Strukturen, insbesondere auf den sogenannten 10-Kiloparsec-Ring. Der Name bezieht sich auf seine ungefähre Entfernung vom galaktischen Zentrum – etwa 32.000 Lichtjahre – und nicht darauf, dass der Ring 10 Kiloparsec dick wäre.

Genau hier taucht einer der faszinierendsten Hinweise auf. M32, eine kleine Satellitengalaxie, befindet sich in der Nähe, unweit des Rings, wo die Sternentstehung vor etwa 60 Millionen Jahren unter den Durchschnitt sank und über mehrere zehn Millionen Jahre hinweg unterdrückt blieb.

Vor 50 bis 20 Millionen Jahren entstanden in dieser Region etwa 40 % weniger Sterne als im Durchschnitt der Galaxienscheibe, wobei vor etwa 15 Millionen Jahren ein Tiefpunkt erreicht wurde. Andere nahegelegene Sektoren weisen hingegen ein anderes Verhalten auf, was bedeutet, dass der Rückgang nicht die gesamte Galaxie gleichermaßen betrifft.

Aus diesem Grund gilt M32 als möglicher Verursacher, auch wenn es noch keinen eindeutigen Beweis dafür gibt. Aktuelle Umlaufbahnmodelle deuten darauf hin, dass es vor etwa 20 Millionen Jahren die Scheibe der Andromeda-Galaxie durchquert haben könnte. Das Problem ist, dass der beobachtete Rückgang bereits früher einsetzte, was darauf hindeutet, dass mehrere Faktoren eine Rolle spielen könnten.

Ein Ergebnis, das unsere Methoden zur Vermessung anderer Galaxien in Frage stellt

Die Studie überprüft zudem eine Methode zur Abschätzung der Sternentstehung in weit entfernten Galaxien. Da einzelne Sterne in der Regel nicht auflösbar sind, wird die Strahlung im fernen Ultraviolettbereich (FUV) in Kombination mit Infrarotstrahlung herangezogen, um abzuleiten, wie viel Masse in einem bestimmten Zeitraum in Sterne umgewandelt wird.

In Andromeda führte diese Methode zu einer Überraschung: Die Schätzwerte lagen etwa 2,1-mal niedriger als diejenigen, die durch die Zählung von Sternpopulationen anhand von Farb-Helligkeits-Diagrammen ermittelt wurden. Die Diskrepanz ergibt sich daraus, dass diese Indikatoren die Aktivität über Zeiträume von 100 Millionen Jahren mitteln.

Das Problem tritt auf, wenn sich die Sternentstehungsrate einer Galaxie rasch ändert, was bedeutet, dass die Annahme einer konstanten Rate zu erheblichen Fehlern führen kann. Das Team bestätigte, dass die anhand einzelner Sterne rekonstruierte Entwicklungsgeschichte die Daten korrekt wiedergibt, was darauf hindeutet, dass die herkömmliche Methode schlecht kalibriert ist.

Andromeda dient daher als Testfeld, um unsere Interpretation entfernter Galaxien zu verbessern. Dank ihrer Nähe können wir verschiedene Methoden vergleichen und erkennen, dass eine Galaxie, selbst wenn sie stabil erscheint, möglicherweise erhebliche Veränderungen durchläuft.