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Sternengeschichten Folge 720: Infrarotgalaxien

Galaxien leuchten, das ist bekannt und vorerst nicht weiter bemerkenswert. Galaxien leuchten im normalen Licht, deswegen können wir sie auch in normalen Teleskopen sehen, oder - im Fall der nahen Andromedagalaxie oder den Magellanschen Wolken - auch direkt mit unseren Augen. Galaxien leuchten aber deswegen, weil die Sterne, aus denen sie bestehen, Licht aussenden. Und Sterne geben mehr ab als nur das für unsere Augen sichtbare Licht. Sterne leuchten in allen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums und deswegen ist es auch keine große Überraschung, dass Galaxien ebenfalls zum Beispiel im ultravioletten oder infraroten Licht sichtbar sind. Ein bisschen überraschend war es dann aber schon, als die beiden amerikanischen Astronomen Frank Low und Douglas Kleinmann im Jahr 1968 bei ihren Beobachtungen herausgefunden haben, dass manche Galaxien sehr viel Infrarotlicht abgeben. Ihren damaligen Beobachtungen nach gab es Objekte, die mindestens so viel Energie im infraroten Teil des Spektrums abgestrahlt haben wie im optischen, also beim normalen Licht.

Das hatte man so nicht erwartet und man hatte es in der Form davor auch noch nicht gewusst. Es ist ja gar nicht so einfach, von der Erde aus Beobachtungen im infraroten Teil des Spektrums anzustellen. Man kann das zwar im Prinzip mit den selben Teleskopen erledigen, die auch die normalen Beobachtungen anstellen. Aber unsere Atmosphäre blockiert einen großen Teil der Infrarotstrahlung, die aus dem Weltall zu uns gelangt. Nur der kurzwelligste Teil des Infrarotlichts kommt durch, aber von den mittleren Wellenlängen wird schon das meiste blockiert und das langwelligste Teil komplett. Die Beobachtungen von Low und Kleinmann waren nur deswegen möglich, weil Low 1961 einen neuen, besseren und empfindlicheren Detektor erfunden hatte, der auch etwas langwelligere Infrarotstrahlung auf der Erde registrieren konnte. Die beiden haben ihre Beobachtungen fortgesetzt und festgestellt, dass solche "Infrarotgalaxien" keine Ausnahme sind. Alle Galaxien leuchten auch in den langwelligeren Bereichen des Infrarot und sie haben immer wieder welche gefunden, die das mit enormer Helligkeit tun. In einer Arbeit aus dem Jahr 1970 haben sie zum Beispiel gleich fünf Stück entdeckt, die 1000 mal mehr Infrarotstrahlung abgeben als normale Galaxien.

Zu dieser Zeit hat man sich in der Astronomie vor allem zwei Fragen zu diesem Thema gestellt. Erstens: Was ist die Ursache für die enorme Infrarothelligkeit mancher Galaxien? Und zweitens: Wie häufig sind diese Objekte tatsächlich? Vor allem die zweite Frage war schwer zu beantworten, denn auch mit den besten Detektoren kann man vom Erdboden aus nicht den gesamten Infrarotbereich beobachten. Das geht nur vom Weltall aus und damals gab es kein Weltraumteleskop, das für solche Beobachtungen geeignet war. Ohne eine Antwort auf die zweite Frage konnte man aber auch bei der ersten nur spekulieren. Ein bekannter Prozess, der auch Infrarotstrahlung erzeugt, ist ein "Synchrotronmodell". Das klingt kompliziert, aber eigentlich geht es nur um folgendes: Wenn sich geladene Teilchen, zum Beispiel Elektronen, sehr schnell durch ein Magnetfeld bewegen, dann senden sie dabei elektromagentische Strahlung aus. Wir wissen, dass es Galaxien - und jede Menge andere astronomische Prozesse - gibt, wo so etwas passiert. Zum Beispiel bei aktiven Galaxien, wo ein supermassereiches schwarzes Loch im Zentrum umgeben ist von jeder Menge Gas und Staub. Das ganze Zeug wirbelt mit enormer Geschwindigkeit um das schwarze Loch herum und diese schwarzen Löcher haben auch starke Magnetfelder. Man hatte damals schon die starke Radiostrahlung beobachtet, die auf diese Weise dort erzeugt wird, aber der selbe Vorgang kann auch Infrarot- und andere Strahlung erzeugen, je nachdem wie viel Energie gerade in den Elektronen steckt.

Aber, und das haben die Beobachtungen von Low und Kleinmann gezeig