Neuer Entfernungsrekord für eine Galaxie

Print Friendly, PDF & Email

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Der Himmel in einer Nahinfrarot-Aufnahme, die die Quelle GN-z11 (im Kreis) zeigt, die fernste bekannte Galaxie mit einer spektroskopisch bestätigten Entfernung; GN-z11 stammt aus einer Zeit nur 400 Millionen Jahre nach dem Urknall. (Die Linien zeigen Einzelheiten der Ausrichtung des Spektrometers.)
NASA, Oesch

 

Der Zeitraum, in dem die allerersten Sterne im Universum erschienen, ist unbekannt, aber von größtem Interesse. Diese Sterne begannen mit der Bildung der chemischen Elemente (schwerer als Wasserstoff und Helium) sowie der erneuten Ionisation des neutralen kosmischen Gases; dies kennzeichnet den Beginn des Universums, so wie wir es heute kennen. Astronomen schätzen, daß diese Sterne überschlägig einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall erschienen und ihre Aktivität schon bald, während ihre Heimatgalaxien sich entwickelten, die komplexe Entwicklung des Universums bestimmte. Tausende Anwärter für diese frühen Galaxien sind bislang entdeckt worden, obwohl sie weit entfernt und lichtschwach sind. Viele wurden im fernen Infrarot oder bei Submillimeter-Wellenlängen entdeckt, da diese frühen Galaxien Sterne in grandiosen Raten (über 1.000 pro Jahr) hervorbringen und entsprechend leuchtkräftig in den infraroten Bändern sind.

Eine lichtschwache Galaxie aus dieser frühen Epoche zu erkennen, verlangt die Messung ihrer Entfernung, also ihre Rotverschiebung – der Betrag, um den auf Grund der Ausdehnung des Universums ihr Licht zum roten Spektralbereich hin verschoben wurde (Hubble entdeckte, daß die Rotverschiebung proportional zur Entfernung ist). Die zuverlässigsten Rotverschiebungen sind durch spektroskopische Messungen bekannter Atomlinien ermittelt worden, doch da weit entfernte Galaxien so lichtschwach sind, ist die gebräuchlichste Methode, die Rotverschiebung aus ihrem gesamten Farbspektrum abzuschätzen. Gegenwärtig sind etwa 800 Galaxien bekannt, deren Rotverschiebung mit dieser Methode bestimmt wurde und die sie einer Zeit von ungefähr sechs- bis achthundert Millionen Jahre nach dem Urknall zuordnet. Die entfernteste bekannte Galaxie mit einer gesicherten spektroskopischen Rotverschiebung stammt ebenfalls aus dieser Epoche, ungefähr 580 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Einem Team, zu dem auch die CfA-Astronomen Matt Ashby, Giovanni Fazio und Steve Willner gehörten, gelang mit dem Hubble-Weltraum-Teleskop und der IRAC-Kamera von Spitzer die spektroskopische Entdeckung der fernsten bekannten Galaxie, die auf etwa 400 Millionen Jahre nach dem Urknall datiert wird – und damit rund 150 Millionen Jahre jünger als die bisherige Rekordhalterin. Wenn die ersten Sterne tatsächlich einige hundert Millionen Jahre früher als zu dieser Zeit entstanden, dann benötigte diese neue Galaxie nur solange, um jenen ersten Galaxien zu folgen, wie wir benötigten, die Dinosaurier zu beerben. Die Galaxie ist nur unter dem Namen GN-z11 bekannt; GN stammt vom Projekt GOODS-Nord (eine Himmelsdurchmusterung, die sehr empfindliche Infrarotbilder aufnahm) und dem numerischen Wert ihrer Rotverschiebung (z=11.1). Der Meßerfolg beruht auf der beachtlichen Leuchtkraft dieser Galaxie als Folge einer Sternentstehungsrate von ungefähr zwanzig Sternen pro Jahr. Was den Großteil der Sterne der Galaxie betrifft, läßt ihre Farbspektrum vermuten, daß die meisten von ihnen nur etwa vierzig Millionen Jahre alt sind. Die Folge dieser spektakulären neuen Entdeckung liegt darin, daß die Modelle begründet sind, daß sich massereiche Galaxien recht früh in kosmischer Zeit formten, und das anstehende, empfindliche Raummissionen leicht in der Lage sein sollten, viele weitere jener fernen Galaxien zu entdecken.

Literatur:
„A Remarkably Luminous Galaxy at z=11.1 Measured with Hubble Space Telescope Grism Spectroscopy“
P. A. Oesch, G. Brammer, P. G. van Dokkum, G. D. Illingworth, R. J. Bouwens, I. Labbe, M. Franx, I., Momcheva, M. L. N. Ashby, G. G. Fazio, V. Gonzalez, B. Holden, D. Magee, R. E. Skelton, R. Smit, L. R. Spitler, M. Trenti1, S. P. Willner
The Astrophysical Journal, 819:129 (11pp), 2016 March 10