Starburst-Galaxie - Starburst galaxy
Eine Starburst-Galaxie ist eine Galaxie, die eine außergewöhnlich hohe Sternentstehungsrate durchläuft , verglichen mit der langfristigen durchschnittlichen Sternentstehungsrate in der Galaxie oder der in den meisten anderen Galaxien beobachteten Sternentstehungsrate. Beispielsweise beträgt die Sternentstehungsrate der Milchstraße etwa 3 M ☉ /Jahr; Starburst-Galaxien können jedoch mehr als einen Faktor von 33-mal höhere Sternentstehungsraten aufweisen. In einer Starburst-Galaxie ist die Sternentstehungsrate so groß, dass die Galaxie ihr gesamtes Gasreservoir, aus dem sich die Sterne bilden, auf einer viel kürzeren Zeitskala als das Alter der Galaxie verbraucht. Als solche ist die Starburst- Natur einer Galaxie eine Phase, die typischerweise einen kurzen Zeitraum der Entwicklung einer Galaxie einnimmt . Die meisten Starburst-Galaxien befinden sich mitten in einer Verschmelzung oder engen Begegnung mit einer anderen Galaxie. Starburst-Galaxien umfassen M82 , NGC 4038/NGC 4039 (die Antennengalaxien) und IC 10 .
Definition
Starburst-Galaxien werden durch diese drei miteinander verbundenen Faktoren definiert:
- Die Geschwindigkeit, mit der die Galaxie derzeit Gas in Sterne umwandelt (die Sternentstehungsrate oder SFR).
- Die verfügbare Gasmenge, aus der Sterne gebildet werden können.
- Ein Vergleich der Zeitskala, auf der die Sternentstehung das verfügbare Gas verbraucht, mit dem Alter oder der Rotationsperiode der Galaxie.
Häufig verwendete Definitionen sind:
- Fortgesetzte Sternentstehung, bei der der aktuelle SFR das verfügbare Gasreservoir in viel weniger als dem Alter des Universums (der Hubble-Zeit) erschöpfen würde.
- Fortgesetzte Sternentstehung, bei der der aktuelle SFR das verfügbare Gasreservoir in viel weniger als der dynamischen Zeitskala der Galaxie erschöpfen würde (vielleicht eine Rotationsperiode in einer scheibenförmigen Galaxie).
- Der aktuelle SFR, normalisiert durch den vergangenheitsgemittelten SFR, ist viel größer als eins. Dieses Verhältnis wird als "Geburtenratenparameter" bezeichnet.
Auslösemechanismen
Fusionen und Gezeitenwechselwirkungen zwischen gasreichen Galaxien spielen eine große Rolle bei der Entstehung von Starbursts. Galaxien in der Mitte eines Starburst zeigen häufig Gezeitenschweife , ein Hinweis auf eine enge Begegnung mit einer anderen Galaxie, oder befinden sich mitten in einer Verschmelzung. Wechselwirkungen zwischen Galaxien, die nicht verschmelzen, können instabile Rotationsmodi auslösen, wie die Stabinstabilität, die dazu führt, dass Gas in Richtung des Kerns geleitet wird und Sternentstehungsausbrüche in der Nähe des galaktischen Kerns entzündet. Es wurde gezeigt, dass es eine starke Korrelation zwischen der Schiefheit einer Galaxie und der Jugend ihrer Sternpopulation gibt, wobei schiefere Galaxien jüngere zentrale Sternpopulationen haben. Da Schiefe durch Gezeitenwechselwirkungen und Verschmelzungen zwischen Galaxien verursacht werden kann, liefert dieses Ergebnis einen weiteren Beweis dafür, dass Verschmelzungen und Gezeitenwechselwirkungen eine zentrale Sternentstehung in einer Galaxie auslösen und einen Starburst antreiben können.
Typen
Die Klassifizierung von Typen von Starburst-Galaxien ist schwierig, da Starburst-Galaxien an und für sich keinen bestimmten Typ darstellen. Starbursts können in Scheibengalaxien auftreten , und unregelmäßige Galaxien weisen oft Knoten von Starbursts auf, die über die unregelmäßige Galaxie verteilt sind. Nichtsdestotrotz klassifizieren Astronomen Starburst-Galaxien typischerweise auf der Grundlage ihrer ausgeprägtesten Beobachtungsmerkmale. Einige der Kategorisierungen umfassen:
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Blaue kompakte Galaxien (BCGs). Diese Galaxien sind oft staubfreie Objekte mit geringer Masse, geringer Metallizität. Da sie staubfrei sind und viele heiße, junge Sterne enthalten, sind sie in optischen und ultravioletten Farben oft blau. Ursprünglich wurde angenommen, dass BCGs wirklich junge Galaxien seien, die gerade ihre erste Generation von Sternen bilden, was ihren geringen Metallgehalt erklärt. In den meisten BCGs wurden jedoch alte Sternpopulationen gefunden, und es wird angenommen, dass eine effiziente Durchmischung den offensichtlichen Mangel an Staub und Metallen erklären könnte. Die meisten BCGs weisen Anzeichen von jüngsten Fusionen und/oder engen Interaktionen auf. Zu den gut untersuchten BCGs gehören IZw18 (die bekannteste metallarme Galaxie), ESO338-IG04 und Haro11.
- Blaue kompakte Zwerggalaxien (BCD-Galaxien) sind kleine kompakte Galaxien.
- Green Pea Galaxies (GPs) sind kleine kompakte Galaxien, die primordialen Starbursts ähneln. Sie wurden von Citizen Scientists gefunden, die am Galaxy Zoo- Projekt teilnahmen.
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Leuchtende Infrarotgalaxien (LIRGs).
- Ultraleuchtende Infrarot-Galaxien ULIRGs). Diese Galaxien sind im Allgemeinen extrem staubige Objekte. Die von der verdunkelten Sternentstehung erzeugte ultraviolette Strahlung wird vom Staub absorbiert und im Infrarotspektrum mit Wellenlängen um 100 Mikrometer wieder abgestrahlt. Dies erklärt die extremen roten Farben, die mit ULIRGs verbunden sind. Es ist nicht sicher bekannt, dass die UV-Strahlung ausschließlich durch Sternentstehung erzeugt wird, und einige Astronomen glauben, dass ULIRGs (zumindest teilweise) von aktiven galaktischen Kernen (AGN) angetrieben werden . Röntgenbeobachtungen vieler ULIRGs, die den Staub durchdringen, legen nahe, dass viele Starburst-Galaxien Doppelkernsysteme sind, was die Hypothese stützt, dass ULIRGs durch Sternentstehung angetrieben werden, die durch große Verschmelzungen ausgelöst wird. Gut untersuchte ULIRGs umfassen Arp 220 .
- Hyperluminöse Infrarot-Galaxien (HLIRGs), manchmal auch Submillimeter-Galaxien genannt.
- Wolf-Rayet-Galaxien (WR-Galaxien), Galaxien, bei denen ein Großteil der hellen Sterne Wolf-Rayet-Sterne sind . Die Wolf-Rayet-Phase ist eine relativ kurzlebige Phase im Leben massereicher Sterne, typischerweise 10 % der Gesamtlebensdauer dieser Sterne, und als solche enthält jede Galaxie wahrscheinlich nur wenige davon. Da die Sterne jedoch sowohl sehr leuchtend sind als auch sehr charakteristische spektrale Merkmale aufweisen, ist es möglich, diese Sterne in den Spektren ganzer Galaxien zu identifizieren und so die Eigenschaften der Starbursts in diesen Galaxien gut einzuschränken.
Zutaten
Erstens muss eine Starburst-Galaxie über einen großen Vorrat an Gas verfügen, um Sterne zu bilden. Der Ausbruch selbst kann durch eine enge Begegnung mit einer anderen Galaxie (z. B. M81/M82), eine Kollision mit einer anderen Galaxie (z Sternenbalken).
Das Innere des Starburst ist eine ziemlich extreme Umgebung. Durch die großen Gasmengen entstehen sehr massereiche Sterne. Junge, heiße Sterne ionisieren das Gas (hauptsächlich Wasserstoff ) um sie herum und erzeugen H II-Regionen . Gruppen sehr heißer Sterne werden als OB-Assoziationen bezeichnet . Diese Sterne brennen sehr hell und sehr schnell und werden am Ende ihres Lebens sehr wahrscheinlich als Supernovae explodieren .
Nach der Supernova-Explosion dehnt sich das ausgestoßene Material aus und wird zu einem Supernova-Überrest . Diese Überreste interagieren mit der Umgebung innerhalb des Starburst (dem interstellaren Medium ) und können der Ort natürlich vorkommender Maser sein .
Das Studium nahegelegener Starburst-Galaxien kann uns helfen, die Geschichte der Galaxienentstehung und -entwicklung zu bestimmen. Viele der sehr weit entfernten Galaxien, die beispielsweise im Hubble Deep Field zu sehen sind, sind als Starbursts bekannt, aber sie sind zu weit entfernt, um im Detail untersucht zu werden. Die Beobachtung nahegelegener Beispiele und die Erforschung ihrer Eigenschaften können uns eine Vorstellung davon geben, was im frühen Universum geschah, als das Licht, das wir von diesen fernen Galaxien sehen, sie verließ, als das Universum viel jünger war (siehe Rotverschiebung ). Starburst-Galaxien scheinen jedoch in unserem Lokaluniversum ziemlich selten zu sein und kommen weiter entfernt häufiger vor – was darauf hindeutet, dass es vor Milliarden von Jahren mehr von ihnen gab. Alle Galaxien lagen damals näher beieinander und wurden daher eher von der Schwerkraft der anderen beeinflusst. Häufigere Begegnungen führten zu mehr Starbursts, als sich galaktische Formen mit dem expandierenden Universum entwickelten.
Beispiele
M82 ist die archetypische Starburst-Galaxie. Sein hohes Maß an Sternentstehung ist auf eine enge Begegnung mit der nahegelegenen Spirale M81 zurückzuführen. Karten der Regionen, die mit Radioteleskopen erstellt wurden, zeigen große Ströme von neutralem Wasserstoff, die die beiden Galaxien verbinden, auch als Ergebnis der Begegnung. Radiobilder der zentralen Regionen von M82 zeigen auch eine große Anzahl junger Supernova-Überreste, die zurückgelassen wurden, als die massereicheren Sterne, die im Starburst entstanden waren, ihr Leben erreichten. Die Antenne ist ein weiteres Starburst-System, detailliert durch ein Hubble-Bild , das 1997 veröffentlicht wurde.
Liste der Starburst-Galaxien
Galaxis | Art | Anmerkungen | Referenzen |
---|---|---|---|
M82 | I0 | Archetyp Starburst Galaxie | |
Die Antennen | SB(s)m pec / SA(s)m pec |
Das sind eigentlich zwei kollidierende Galaxien | |
IC 10 | dIrr | Milde Starburst-Galaxie | |
HXMM01 | Extreme Starburst verschmelzende Galaxien | ||
HFLS3 | Ungewöhnlich große, intensive Starburst-Galaxie | ||
NGC 1569 | IBm | Zwerggalaxie durchlebt einen galaxienweiten Starburst | |
NGC 2146 | SB(s)ab pec | ||
NGC 1705 | SA0 − pez | ||
NGC 1614 | SB(s)c pec | Verschmelzung mit einer anderen Galaxie | |
NGC 6946 | SAB(rs)cd | Auch bekannt als Feuerwerksgalaxie für häufige Supernovae | |
Babyboom-Galaxie | Hellste Starburst-Galaxie im fernen Universum | ||
Centaurus A | E(p) | Einziger bekannter Fall einer " Elliptical Starburst"-Galaxie | |
Große Magellansche Wolke | Von der Milchstraße gestört werden | ||
Haro 11 | Emittiert Lyman-Kontinuum-Photonen | ||
Bildhauer Galaxie | SAB(s)c | Nächste Starburst-Galaxie. | , |
Kiso 5639 | Aufgrund ihres Aussehens auch als "Skyrocket Galaxy" bekannt, ist sie eine kleine unregelmäßige Galaxie, die gerade einen großen Starburst beginnt |
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Galerie
In NGC 3125 kommt es zu einer ungewöhnlich hohen Anzahl neuer Sternentstehungen.
J125013.50+073441.5, aufgenommen von Hubble im Rahmen einer Studie namens LARS (Lyman Alpha Reference Sample)
Starburst- Aktivität in der Zentralregion der nahegelegenen Zwerggalaxie NGC 1569 (Arp 210). Aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop .
Von unserer 12,2 Milliarden Lichtjahre entfernten Position aus gesehen , erzeugt die Babyboom-Galaxie 4.000 Sterne pro Jahr. Bildnachweis: NASA .
Die Galaxie NGC 4449 ist derzeit ein globaler Starburst mit einer in der gesamten Galaxie weit verbreiteten Sternentstehungsaktivität.
Explosive Sternentstehung in der derzeit verschmelzenden Galaxie HXMM01 in 11 Milliarden Lichtjahren Entfernung. Gefangen von der NASA .
Ein Bild der Galaxie Centaurus A, das durch die Kombination von Bildern des MPG/ESO-Teleskops und des Chandra-Röntgenobservatoriums erstellt wurde . Es ist der einzige bekannte Fall einer " Elliptical Starburst"-Galaxie.
Siehe auch
- Aktive Galaxie – Kompakte Region im Zentrum einer Galaxie mit einer viel höheren als der normalen Leuchtkraft
- Baby Boom Galaxy – Die hellste Starburst-Galaxie im sehr fernen Universum
- Blaue kompakte Zwerggalaxie – Kleine Galaxie bestehend aus bis zu mehreren Milliarden Sternen
- Messier 82 – Eine Starburst-Galaxie im Sternbild Ursa Major
- Erbsengalaxie – Möglicherweise eine Art leuchtender blauer kompakter Galaxie, die sehr hohe Sternentstehungsraten durchmacht
- Starburst – Region schneller als normaler Sternentstehung
Anmerkungen
Verweise
- "Chandra :: Field Guide to X-ray Sources :: Starburst Galaxies" . chandra.harvard.edu . Abgerufen 2007-12-29 .
- Kennicutt, RC; Evans, New Jersey (2012). „Sternenbildung in der Milchstraße und nahen Galaxien“. Jahresübersicht der Astronomie und Astrophysik . 50 : 531–608. arXiv : 1204.3552 . Bibcode : 2012ARA&A..50..531K . doi : 10.1146/annurev-astro-081811-125610 .
- Weedman, DW; Feldmann, FR; Balzano, VA; Ramsey, LW; Sramek, RA; Wuu, C.-C. (1981). „NGC 7714 – der Prototyp des galaktischen Kerns mit Sternenexplosion“. Das Astrophysikalische Journal . 248 : 105. Bibcode : 1981ApJ...248..105W . doi : 10.1086/159133 .