Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass diese Zwerggalaxien noch bis vor relativ kurzer Zeit Gas besaßen, um die Bildung dieser neuen Sterne zu ermöglichen. Bislang ging man davon aus, dass die spheroidalen Zwerggalaxien ihr Gas vor 6 bis 10 Milliarden Jahren verloren hatten, was ihrem Eintritt in die Umgebung unserer Galaxie zugeschrieben wurde.
Bild der Zwerggalaxie Sculptor, die eine Fläche von 12.000 x 8.800 Lichtjahren abdeckt, rekonstruiert aus Gaia-Daten. Die blauen Sterne stellen genau die jungen Sterne dar, die entdeckt wurden.
© Yabin Yang (CNRS/Observatorium von Paris)
Die Entdeckung dieser jungen Sterne legt nahe, dass diese Zwerggalaxien erst vor weniger als 3 Milliarden Jahren angekommen sind, was die Interpretation ihrer Dynamik und ihres dunklen Materie-Inhalts grundlegend verändert.
In den vergangenen 30 Jahren haben Astronomen erhebliche Anstrengungen unternommen, um die stellaren Populationen der Zwerggalaxien zu beobachten und zu analysieren. Etwas mehr als die Hälfte von ihnen besteht im Wesentlichen aus sehr alten Sternen (6 bis 10 Milliarden Jahre alt) mit sehr geringer Häufigkeit von Elementen, die schwerer als Helium sind.
Daraus wurde geschlossen, dass diese Zwerggalaxien, wie die Sculptor-Galaxie, ihr Gas in den fernen Epochen verloren, als sie zu Satelliten wurden, die unsere Galaxie umlaufen. Dieses Szenario hatte eine bedeutende Konsequenz für die Kosmologie: Solche Galaxien mussten große Mengen an Dunkler Materie enthalten, die ihre stellare Substanz schützte, die sonst durch das Gravitationsfeld der Milchstraße und die begleitenden Gezeitenkräfte zerstört worden wäre.
Die Entdeckung junger Sterne in diesen Zwerggalaxien stellt dieses Szenario infrage. Tatsächlich erfordert die Sternbildung Gas, was impliziert, dass diese Galaxien vor 0,5 bis 2 Milliarden Jahren noch über Gas verfügten. Während ihres Einzugs in den Halo der Milchstraße verlieren gasreiche Zwerggalaxien ihr Gas durch den dynamischen Druck des heißen Gases im Halo unserer Galaxie. Dieser Prozess ist notwendigerweise sehr schnell, da die Masse der Zwerggalaxien erheblich geringer ist als die der Milchstraße.
Die Entdeckung junger Sterne in spheroidalen Zwerggalaxien resultiert aus einer sehr detaillierten Analyse der Gaia-Daten einerseits und aus photometrischen und spektroskopischen Analysen mit dem VLT andererseits. Dank Gaia konnten die Wissenschaftler die Sterne der Zwerggalaxien buchstäblich "herausfiltern", um diejenigen des Halos der Milchstraße auszuschließen.
Die Effizienz dieses Filterprozesses übertrifft alles, was bisher möglich war. Ohne Gaia gehören die Hälfte der beobachteten Sterne im Sichtfeld der Sculptor-Galaxie zur Milchstraße. Mit Gaia beträgt diese Kontamination nur noch 1,4 %!
Dadurch konnte man die Sterne von Sculptor klar in einer Entwicklungsphase sehen, die einem Alter von 0,5 bis 2 Milliarden Jahren entspricht, mit Massen von bis zu 3 Sonnenmassen. Es ist bekannt, dass Sterne manchmal "verjüngt" werden, indem sie von einem Begleiter Masse stehlen oder sogar mit ihm verschmelzen. Aber um Sterne mit mehr als 2 Sonnenmassen auf diese Weise zu erklären, müsste man die Verschmelzung eines Dreifachsystems in Betracht ziehen, was extrem selten ist.
Die einfachste Erklärung ist, dass diese Sterne tatsächlich jung sind und nicht etwa verjüngt. Die Spektren dieser Sterne bestätigen, dass ihre chemische Zusammensetzung derjenigen anderer Sterne von Sculptor entspricht. Neben Sculptor weisen auch die Zwerggalaxien Sextans, Ursa Minor und Draco eine junge Population auf, was darauf hindeutet, dass dieses Phänomen unter den Zwerggalaxien weit verbreitet ist.
In diesem Fall muss man daraus schließen, dass sie ihr Gas erst vor kurzer Zeit verloren haben. Dies unterstützt ein alternatives Szenario zu ihren Ursprüngen, das auf präzisen Messungen der Umlaufbahnen dieser Zwerggalaxien durch den Gaia-Satelliten basiert. Die spheroidalen Zwerggalaxien haben Bahngeschwindigkeiten, die zwei- bis dreimal höher sind, als man von alten Satelliten der Milchstraße erwarten würde, was mit einem kürzlichen Eintreffen in der Nähe unserer Galaxie vor weniger als drei Milliarden Jahren übereinstimmt.
Numerische Simulationen sagen voraus, dass in diesem Fall junge Sterne in der gleichen (geringen) Häufigkeit gebildet werden müssen, wie sie beobachtet wurden. Die Konsequenzen sind erheblich, da diese Modelle alle Eigenschaften der spheroidalen Zwerggalaxien reproduzieren, jedoch mit sehr wenig oder sogar ohne Dunkle Materie.
Referenzen:
Yang et al., The accretion history of the Milky Way IV. Hints of recent star formation in Milky Way dwarf spheroidal galaxies, A&A, 691, A363 (2024).