Ein bestätigter Entfernungsrekord für eine Galaxie

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Eine Galaxie, 700 Millionen Jahre nach dem Urknall, in einer Serie von zehn Aufnahmen mit größer werdender Wellenlänge von oben links (optisch) bis unten rechts (infrarot). Die Galaxie ist so weit entfernt und durch das sich ausdehnende Universum so stark rotverschoben, daß sie nicht im optischen zu sehen ist; nur in den beiden letzten Bildern ist die Galaxie zu erkennen (das Quadrat kennzeichnet das Objekt). Nature

 

Vor ungefähr dreizehn Milliarden Jahren begann das neugeborene Universum, Sterne hervorzubringen. Die ersten erschienen nur ein paar Hundert Millionen Jahre nach dem Urknall, aber sie waren anders als die heutigen Sterne. Sie waren etwa sehr massereich, da das junge Universum nahezu vollständig aus Wasserstoff und etwas Helium bestand, und es fehlten die Elemente, die zur Bildung sonnenähnlicher Sterne benötigt werden. Als jedoch weitere 500 Millionen Jahre vergangen waren, hatten die ersten Sterne und ihre Nachkommen genügend andere Elemente erzeugt, um das nach dem Urknall vorhandene Gas damit anzureichern und die Bildung nahezu normaler Sterne zu ermöglichen. Nach einigen Milliarden Jahren erwarben die Galaxien selbst ihre vollentwickelten Formen. Dann, aus Gründen, die nicht wirklich verstanden sind, begannen Galaxien mit einer zehnfach höheren Rate als heute Sterne zu bilden, bis sie sich schließlich vor wenigen Milliarden Jahren (ebenfalls aus schlecht verstandenen Gründen) bis auf ihre heutige Aktivitätsphase beruhigten. Diese Geschichte ist seit mehreren Jahrzehnten bekannt, ist aber in letzter Zeit ein dringlicher Forschungsschwerpunkt geworden, da unsere Milchstraße an dieser Geschichte beteiligt und die Technologie zur Beantwortung solcher Fragen jetzt verfügbar ist.

Astronomen können die Entfernung einer Galaxie aus ihrer Rotverschiebung, die das Ergebnis des sich ausdehnenden Universums ist, ableiten. Jedoch sind zuverlässige Messungen einer Rotverschiebung für diese frühen Galaxien schwierig zu bekommen, da sie sehr weit entfernt und sehr lichtschwach sind; auch sind die zur genauen Messung ihrer Rotverschiebung verwendeten Spektrallinien schwach ausgeprägt. Meist wird pauschal die Gesamtfarbe einer Galaxie, nach dem Vergleich mit einer lokalen Galaxie, als Messung ihrer Rotverschiebung und daraus folgend die Entfernung herangezogen. Doch wenn die Farben dieser noch immer ein wenig rätselhaften Objekte durch andere, noch nicht in Betracht gezogene Prozesse verfälscht worden sind, werden solche Entfernungsabschätzungen dementsprechend falsch liegen. Spektrallinien liefern eine viel zuverlässigere Messung. Gegenwärtig stammen die fünf aus spektroskopischen Messungen der Rotverschiebung ermittelten fernsten Galaxien aus der Zeit um etwa 780 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Die CfA-Astronomen Matt Ashby, Giovanni Fazio, Jia-Sheng Huang und Steve Willner haben gemeinsam mit vielen weiteren Kollegen nun diese Grenze noch weiter an den Urknall herangeschoben. In der Zeitschrift Nature beschreiben sie Folgebeobachtungen an lichtschwachen roten Galaxien in den Deep-Sky-Aufnahmen der IRA-Kamera an Bord von Spitzer und dem Hubble-Weltraum-Teleskop mit dem neuen Infrarot-Spektrometer am 10-Meter-Keck-Teleskop. Unter ihrer Auswahl ist eine sehr schnell Sterne bildende Galaxie aus einer Zeit um nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall – die entfernteste, älteste bekannte Galaxie mit einer bestätigten, auf Spektroskopie beruhenden Rotverschiebung (aber es gibt andere Objekte mit nur auf Farben basierenden Rotverschiebungen, die vermutlich noch weiter entfernt sind). Die Gruppe fand eine überraschend hohe Sternentstehungsrate in diesem Objekt, etwa um das 100-fache höher als in der heutigen Milchstraße. Die Ergebnisse helfen bei der Erstellung eines umfassenden Bildes von der frühen Galaxienentwicklung und zeigen außerdem den außergewöhnlichen technologischen Fortschritt in der Untersuchung des sehr frühen Universums.

Literatur:
„A Galaxy Rapidly Forming Stars 700 Million Years after the Big Bang at Redshift 7.51“
S. L. Finkelstein, C. Papovich, M. Dickinson, M. Song, V. Tilvi, A. M. Koekemoer, K. D. Finkelstein, B. Mobasher, H. C. Ferguson, M. Giavalisco, N. Reddy, M. L. N. Ashby, A. Dekel, G. G. Fazio, A. Fontana, N. A. Grogin, J.-S. Huang, D. Kocevski, M. Rafelski, B. J. Weiner, and S. P. Willner
Nature Volume:
502, Pages:
524–527 Date published:
(24 October 2013)