Gravitative Abbildung einer super-leuchtstarken Galaxie im jungen Kosmos

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Weit jenseits dieses nahgelegenen Galaxienclusters (Abell 773, hier wiedergegeben im Optischen) liegt eine ferne über-leuchtstarke Galaxie, die sich so zeigt, wie sie nur 800 Millionen Jahre nach dem Urknall aussah. Der Cluster, der als riesige Gravitationslinse wirkt, hat es Astronomen ermöglicht, eingehend die Funktionsweise dieses jungen Riesen zu untersuchen. ALFOSC, the Nordic Optical Telescope

 

Vor etwa fünfzehn Jahren entdeckten Astronomen durch den Einsatz verbesserter Teleskope für den Submillimeter-Wellenlängenbereich eine neue Klasse weit entfernter Galaxien: die Submillimeter-Galaxien (SMG). Diese Objekte gehören zu den leuchtkräftigsten und sehr schnell Sterne hervorbringenden Galaxien, die man kennt und können heller leuchten als eine Billion Sonnen (ungefähr 100-mal leuchtkräftiger als die Milchstraße), aber im Optischen sind sie nicht auszumachen. Ihr ultraviolettes und optisches Licht wird in den Galaxien durch Staub absorbiert, der dadurch aufgewärmt wird und bei Submillimeterwellen die aufgenommene Energie wieder abstrahlt. SMG sind normalerweise so weit entfernt, daß ihr Licht über zehn Milliarden Jahre zu uns unterwegs ist, dies ist mehr als 70 % der Lebensdauer des Universums. Man vermutet, daß ihre Energiequelle die Sternentstehung ist, bei einigen Galaxien mit einer Rate von 1.000 Sternen pro Jahr (in der Milchstraße beträgt die Rate der Sternentstehung einige wenige pro Jahr), doch der Grund für solch dramatische Ausbrüche ist nicht verstanden.

Atom- und Moleküllinien sind besonders wichtige Untersuchungsmittel für die Sternentstehung, die Aktivität Schwarzer Löcher und der Eigenschaften interstellaren Gases. Darüber hinaus gibt die Form der Emissionslinien direkte Einblicke in die Dynamik des Systems. Die beobachteten Spektren der SMG im fernen Infrarot und Submillimeterbereich werden von solchen Emissionslinien dominiert, da das Gas sowie der Staub in ihren Molekülwolken dem Strom ultravioletter Photonen nah gelegener, junger Sterne ausgesetzt sind, die das Gas zum Leuchten anregen.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern, darunter auch die CfA-Astronomen Shane Bussmann, Mark Gurwell und Giovanni Fazio wollten die Umwandlungsprozesse, welche die Energie erfährt, in den entferntest möglichen SMG untersuchen, um zu verstehen, ob die ablaufenden Prozesse in der Anfangszeit des Universums ähnlich denen sind, die heute vorherrschen. Das Submillimeter Array (und eine andere Einrichtung) wurden eingesetzt, um die Spektren von Kohlenstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid und Wasser von einer Galaxie aufzunehmen, die man nur 800 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet. Dieses Objekt ist so weit entfernt, daß, obwohl es zu den leuchtkräftigsten bekannten SMG gehört, sein Licht normalerweise zu schwach wäre, um mit dem SMA aufgespürt zu werden. Dennoch konnte das Licht zum Teil herausgefiltert werden, da die Galaxie geradewegs hinter einem massereichen Galaxiencluster (der nur einige Milliarden Lichtjahre entfernt ist) liegt, dessen Schwerkraft wie eine gigantische Linse wirkt, um die ferne Galaxie zu vergrößern.

Die Gruppe nahm nicht nur diese Emissionslinien auf, sondern war in der Lage, zumindest drei ausgeprägte Komponenten in den Spektren zu identifizieren, die den Anschein vermitteln, daß es sich um zwei verschmelzende Galaxien handelt, eine von ihnen mit zwei Regionen nahe ihrem Kern, wo Sternentstehung stattfindet. Die Analyse deutet darauf hin, daß überraschenderweise, obwohl außerordentlich leuchtstark, dies verschmelzende System eine Sternentstehungsaktivität aufzuweisen scheint, die ihrer Form nach (wenn nicht sogar in der Quantität) eng der normalen Sternbildung im lokalen Universum gleicht. Die Ergebnisse sind ein weiterer Schritt in unserem Verständnis des frühen Universums und zeigen zugleich die bemerkenswerte Leistungsfähigkeit von Gravitationslinsensystemen.

Literatur:
„[C II] and 12CO(1–0) Emission Maps in HLSJ091828.6+514223: A Strongly Lensed Interacting System at z = 5.24“
T. D. Rawle, E. Egami, R. S. Bussmann, M. Gurwell, R. J. Ivison, F. Boone, F. Combes, A. L. R. Danielson, M. Rex, J. Richard, I. Smail, A. M. Swinbank, B. Altieri, A. W. Blain, B. Clement, M. Dessauges-Zavadsky, A. C. Edge, G. G. Fazio, T. Jones, J.-P. Kneib, A. Omont, P. G. Perez-Gonzalez, D. Schaerer, I. Valtchanov, P. P. van der Werf, G. Walth, M. Zamojski, and M. Zemcov
The Astrophysical Journal, 783:59 (17pp), 2014 March 1