Galaxien im jungen Kosmos

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Hier sieht man sie nicht; dort sieht man sie – die Aufnahme einer Galaxie aus einer Zeit, als das Universum nur eine Milliarde Jahre alt war. Die linke Aufnahme, von Hubble, zeigt nichts am Himmel, aber das Infrarotbild bei längeren Wellenlängen von Spitzer (rechts) zeigt eine helle Quelle. Die Kombination aus heftiger Sternentstehungsaktivität in der Galaxie, ihrer Entfernung und der Ausdehnung des Universums läßt sie im Infraroten sichtbar werden. K. Caputi

 

Das Universum entstand vor ungefähr 13.7 Milliarden Jahren im Urknall. Die Sonne und ihr Planetensystem bildeten sich vor etwa fünf Milliarden Jahren. Was geschah damals während des langen, dazwischenliegenden Zeitraums von nahezu neun Milliarden Jahren? Dies ist eine der zentralen Fragen in der heutigen Naturwissenschaft. Astronomen vermuten, daß die allerersten Sterne und Galaxien nur wenige Hundert Millionen Jahre nach dem Urknall auftauchten und sich seitdem entwickelt haben. Sie müssen jedoch von den heutigen Sternen und Galaxien sehr verschieden gewesen sein; die lag zum Teil daran, daß dem jungen Universum die meisten der heute vorhandenen chemischen Elemente fehlte – diese Elemente wurden nach und nach in den nuklearen Brennöfen jener ersten Sterne gebildet.

Moderne Teleskope sowie Infrarot- und Submillimeter-Techniken ermöglichen es Astronomen seit kurzem, eine beträchtliche Zahl an weit entfernten Galaxien zu entdecken und zu beginnen, ein Bild der kosmischen Entwicklung zusammenzusetzen. Galaxien durchlaufen oft Ausbrüche an Sternbildung, die deren Staub im Infraroten zum Leuchten bringen. Neuere Resultate weisen in der Tat darauf hin, daß in einigen kosmischen Epochen die Sternentstehung bis zu zehnmal heftiger gewesen war als heute. Dem Infrarot wohnt eine doppelte Fähigkeit inne: mit ihm kann man den leuchtkräftigen Staub vermessen und zudem kann man, da die kosmische Ausdehnung das Sternlicht ins Infrarote verschiebt, spektrale Eigenschaften in diesem Sternlicht ablesen, die wiederum eine Abschätzung der kosmischen Entfernung erlauben.

Empfindliche Infrarotkameras mit großem Blickfeld sind der beste Weg, um eine große Zahl an weit entfernten Objekten für eine Untersuchung aufzufinden. Ein großes Team, zu dem auch die Astronomen Jia-Sheng Huang, Giovanni Fazio und Matt Ashby vom SAO gehörten, nutzten die Infrarotkamera an Bord des Spitzer-Weltraum-Teleskops, um eine sehr tiefe und empfindliche Suche nach entfernten Infrarot-Galaxien in einem Gebiet am Himmel durchzuführen, das einem Zwanzigstel der Größe des Vollmonds entsprach. Sie stimmten ihre Beobachtung mit Infrarot-Aufnahmen von Hubble ab.

Die Wissenschaftler entdeckten fünfundzwanzig eigenartige infrarote Objekte in dem von ihnen beobachtetem Gebiet. Anschließende Analysen deckten auf, daß zwischen elf und neunzehn von ihnen auf kosmische Zeitalter von 1.5 bis 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall zu datieren sind. Diese Galaxien scheinen sehr massereich zu sein und erhebliche Mengen an warmem Staub zu enthalten. Zwei weitere, ebenso massereiche Quellen scheinen sogar älter zu sein und aus einer Zeit nur eine Milliarde Jahre nach dem Urknall zu stammen. Letzteres stellt eine ernste Herausforderung an die heutigen Theorien der Galaxienentwicklung dar, die vorhersagen, daß nur sehr wenige dieser Objekte zu solch einer frühen Zeit existieren sollten. Die neue Durchmusterung ist nicht nur bedeutsam, weil mit ihr solch entfernte Galaxien entdeckt worden sind, sondern auch, weil sie auf eine zuvor unerkannte Galaxienpopulation aufmerksam macht, deren Eigenschaften sich erheblich von denen bekannter Galaxien bei ähnlichen Zeitaltern unterscheiden.

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