Der Nachthimmel mag uns Laien voller Sterne erscheinen, tatsächlich aber ist der Kosmos voller Galaxien. Die gibt es in vielen unterschiedlichen Formen und Größen – für die Astronomen fast ein Albtraum. Denn wer das Universum verstehen will, muss den Werdegang der Galaxien nachvollziehen. Und da gibt es noch einiges zu tun, räumt Simon Lilly ein, Astronom an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich:
"In einer typischen Galaxie ändert sich im Laufe der Zeit, wie viele Sterne dort entstehen, einfach weil unterschiedlich viel neues Gas als Rohstoff für neue Sterne aus dem umgebenden Weltraum einströmt. Allerdings bilden sich in etlichen Galaxien irgendwann überhaupt keine Sterne mehr. Wir verstehen nicht, was da passiert. Es ist so, als schiebe die Natur immer wieder Galaxien wie Planken in eine Sägemaschine – und die toten Galaxien häufen sich an wie Sägespäne am Boden einer Holzwerkstatt."
Manche Galaxien bilden stets neue Sterne, verjüngen sich also laufend wieder. Andere dagegen haben plötzlich ihr gesamtes Gas verloren und sind geradezu erloschen. In ihnen leuchten nur noch die alten schwachen Sterne. Bis heute ist ein großes Rätsel, weshalb es diese zwei Sorten von Galaxien gibt. Doch die Zeiten, in denen die Astronomen nur spekulieren konnten, was mit den Galaxien im Laufe der kosmischen Geschichte passiert ist, sind vorbei.
"Es gibt neue große Beobachtungsprogramme, die Millionen von Galaxien erfasst haben. Mit denen sehen wir jetzt den Wald und die Bäume. Wir sehen endlich so weit hinaus ins All, dass wir genau erkennen, welche Eigenschaften die Galaxien vor zwei Milliarden Jahren hatten – und welche vor acht oder zehn Milliarden Jahren. Nun suchen wir nach möglichst einfachen Zusammenhängen, die beschreiben, was im Innern der Galaxien passiert sein muss."
Simon Lilly und seine Mitarbeiter haben sich bei ausgewählten Galaxien die Umgebung genau angesehen, die Masse ermittelt und bestimmt, wie viele Sterne dort entstehen. Diese Größen lassen sich alle direkt aus den Beobachtungsdaten ableiten. Und sie reichen offenbar aus, um nachzuvollziehen, wie sich die Galaxien in den vergangenen fast zehn Milliarden Jahren entwickelt haben. Es klingt für viele Forscher fast zu schön, um wahr zu sein.
Manche Kollegen seien dem neuen Ansatz gegenüber noch etwas zögerlich, denn letztlich zeige er, dass man bisher zu viel Physik in die Modelle gepackt habe, meint der Professor an der renommierten ETH mit einem verschmitzten Lächeln. Bisher haben die Astronomen mit äußerst aufwendigen Rechenmodellen versucht, die Entwicklung der Galaxien theoretisch zu rekonstruieren. Diese Modelle berücksichtigen bis zu zwanzig verschiedene physikalische Prozesse, etwa die Temperatur des ein- und ausströmenden Gases oder den Einfluss Dunkler Materie in der Nähe einer Galaxie – viel zu kompliziert, meint Simon Lilly.
"Wir bestimmen die bestechend einfachen Zusammenhänge in den Galaxien und machen uns dabei bewusst noch keine Gedanken, welche physikalischen Prozesse dahinter stecken. Wir sehen schlicht nach, was dort vor sich geht und welche Eigenschaften der Galaxien offenbar entscheidend sind. In gewisser Weise zeigen wir den Leuten, die die Physik machen, wie die Antwort aussehen muss."
Wie auch immer man die Entwicklung der Galaxien erforscht – entscheidend ist der Realitätstest: Die Astronomen vergleichen die Menge und die Sorte der Galaxien, die es heute im Universum gibt mit dem, was die verschiedenen Ideen und Modelle vorhersagen.
Da sei sein neuer Ansatz mindestens so gut, wenn nicht besser als die viel komplizierteren Modelle, betont Simon Lilly. Die Natur erteilt den Astronomen eine kleine Lehrstunde. Vielleicht öffnet dieser Befund die Augen für überraschend einfache Zusammenhänge – denn bisher, so meinten manche Experten in Durham, habe man wohl den Himmel vor lauter Sternen nicht gesehen.
"In einer typischen Galaxie ändert sich im Laufe der Zeit, wie viele Sterne dort entstehen, einfach weil unterschiedlich viel neues Gas als Rohstoff für neue Sterne aus dem umgebenden Weltraum einströmt. Allerdings bilden sich in etlichen Galaxien irgendwann überhaupt keine Sterne mehr. Wir verstehen nicht, was da passiert. Es ist so, als schiebe die Natur immer wieder Galaxien wie Planken in eine Sägemaschine – und die toten Galaxien häufen sich an wie Sägespäne am Boden einer Holzwerkstatt."
Manche Galaxien bilden stets neue Sterne, verjüngen sich also laufend wieder. Andere dagegen haben plötzlich ihr gesamtes Gas verloren und sind geradezu erloschen. In ihnen leuchten nur noch die alten schwachen Sterne. Bis heute ist ein großes Rätsel, weshalb es diese zwei Sorten von Galaxien gibt. Doch die Zeiten, in denen die Astronomen nur spekulieren konnten, was mit den Galaxien im Laufe der kosmischen Geschichte passiert ist, sind vorbei.
"Es gibt neue große Beobachtungsprogramme, die Millionen von Galaxien erfasst haben. Mit denen sehen wir jetzt den Wald und die Bäume. Wir sehen endlich so weit hinaus ins All, dass wir genau erkennen, welche Eigenschaften die Galaxien vor zwei Milliarden Jahren hatten – und welche vor acht oder zehn Milliarden Jahren. Nun suchen wir nach möglichst einfachen Zusammenhängen, die beschreiben, was im Innern der Galaxien passiert sein muss."
Simon Lilly und seine Mitarbeiter haben sich bei ausgewählten Galaxien die Umgebung genau angesehen, die Masse ermittelt und bestimmt, wie viele Sterne dort entstehen. Diese Größen lassen sich alle direkt aus den Beobachtungsdaten ableiten. Und sie reichen offenbar aus, um nachzuvollziehen, wie sich die Galaxien in den vergangenen fast zehn Milliarden Jahren entwickelt haben. Es klingt für viele Forscher fast zu schön, um wahr zu sein.
Manche Kollegen seien dem neuen Ansatz gegenüber noch etwas zögerlich, denn letztlich zeige er, dass man bisher zu viel Physik in die Modelle gepackt habe, meint der Professor an der renommierten ETH mit einem verschmitzten Lächeln. Bisher haben die Astronomen mit äußerst aufwendigen Rechenmodellen versucht, die Entwicklung der Galaxien theoretisch zu rekonstruieren. Diese Modelle berücksichtigen bis zu zwanzig verschiedene physikalische Prozesse, etwa die Temperatur des ein- und ausströmenden Gases oder den Einfluss Dunkler Materie in der Nähe einer Galaxie – viel zu kompliziert, meint Simon Lilly.
"Wir bestimmen die bestechend einfachen Zusammenhänge in den Galaxien und machen uns dabei bewusst noch keine Gedanken, welche physikalischen Prozesse dahinter stecken. Wir sehen schlicht nach, was dort vor sich geht und welche Eigenschaften der Galaxien offenbar entscheidend sind. In gewisser Weise zeigen wir den Leuten, die die Physik machen, wie die Antwort aussehen muss."
Wie auch immer man die Entwicklung der Galaxien erforscht – entscheidend ist der Realitätstest: Die Astronomen vergleichen die Menge und die Sorte der Galaxien, die es heute im Universum gibt mit dem, was die verschiedenen Ideen und Modelle vorhersagen.
Da sei sein neuer Ansatz mindestens so gut, wenn nicht besser als die viel komplizierteren Modelle, betont Simon Lilly. Die Natur erteilt den Astronomen eine kleine Lehrstunde. Vielleicht öffnet dieser Befund die Augen für überraschend einfache Zusammenhänge – denn bisher, so meinten manche Experten in Durham, habe man wohl den Himmel vor lauter Sternen nicht gesehen.