Bildnachweis: ESO
Unter Verwendung des ISAAC-Nahinfrarotinstruments am Very Large Telescope der ESO und des Vergrößerungseffekts einer Gravitationslinse hat ein Team französischer und schweizerischer Astronomen [2] mehrere schwache Galaxien gefunden, die als die am weitesten entfernten bekannten Galaxien gelten.
Weitere spektroskopische Untersuchungen eines dieser Kandidaten haben ein starkes Argument für den neuen Rekordhalter - und bei weitem - der entferntesten im Universum bekannten Galaxie geliefert.
Die neu entdeckte Galaxie mit dem Namen Abell 1835 IR1916 hat eine Rotverschiebung von 10 [3] und befindet sich etwa 13.230 Millionen Lichtjahre entfernt. Es ist daher zu einer Zeit zu sehen, als das Universum nur 470 Millionen Jahre jung war, dh kaum 3 Prozent seines gegenwärtigen Alters.
Diese Urgalaxie scheint zehntausendmal weniger massereich zu sein als unsere Galaxie, die Milchstraße. Es könnte durchaus zu der ersten Klasse von Objekten gehören, die dem dunklen Zeitalter des Universums ein Ende setzen.
Diese bemerkenswerte Entdeckung zeigt das Potenzial großer bodengestützter Teleskope im nahen Infrarotbereich für die Erforschung des sehr frühen Universums.
In die Vergangenheit graben
Wie Paläontologen, die immer tiefer graben, um die ältesten Überreste zu finden, versuchen Astronomen immer weiter zu schauen, um das sehr junge Universum zu untersuchen. Die ultimative Suche? Suche nach den ersten Sternen und Galaxien, die sich kurz nach dem Urknall gebildet haben.
Genauer gesagt versuchen Astronomen, die letzten „unbekannten Gebiete“ zu erkunden, die Grenze zwischen dem „dunklen Zeitalter“ und der „kosmischen Renaissance“.
Eher kurz nach dem Urknall, von dem heute angenommen wird, dass er vor etwa 13.700 Millionen Jahren stattgefunden hat, stürzte das Universum in die Dunkelheit. Die Reliktstrahlung des ursprünglichen Feuerballs war durch die kosmische Ausdehnung auf längere Wellenlängen ausgedehnt worden, und es waren noch keine Sterne oder Quasare gebildet worden, die den weiten Raum beleuchten könnten. Das Universum war ein kalter und undurchsichtiger Ort. Diese düstere Ära wird daher vernünftigerweise als „dunkles Zeitalter“ bezeichnet.
Einige hundert Millionen Jahre später erzeugte die erste Generation von Sternen und später noch die ersten Galaxien und Quasare intensive ultraviolette Strahlung und hob allmählich den Nebel über das Universum.
Dies war das Ende des dunklen Zeitalters und wird mit einem Begriff, der wieder aus der Geschichte der Menschheit übernommen wurde, manchmal als „kosmische Renaissance“ bezeichnet.
Astronomen versuchen herauszufinden, wann und wie genau das dunkle Zeitalter zu Ende ist. Dies erfordert die Suche nach den entferntesten Objekten, eine Herausforderung, die nur die größten Teleskope in Kombination mit einer sehr sorgfältigen Beobachtungsstrategie annehmen können.
Verwendung eines Gravitationsteleskops
Mit dem Aufkommen von Teleskopen der 8-10-Meter-Klasse wurden im letzten Jahrzehnt spektakuläre Fortschritte erzielt. In der Tat ist es seitdem möglich geworden, mehrere tausend Galaxien und Quasare bis zu einer Entfernung von fast 12 Milliarden Lichtjahren (d. H. Bis zu einer Rotverschiebung von 3 [3]) detailliert zu beobachten. Mit anderen Worten, Astronomen sind nun in der Lage, einzelne Galaxien, ihre Entstehung, Entwicklung und andere Eigenschaften über typischerweise 85% der Vergangenheit des Universums zu untersuchen.
In der Vergangenheit wurden Beobachtungen von Galaxien und Quasaren jedoch seltener. Gegenwärtig sind nur eine Handvoll sehr schwacher Galaxien ungefähr 1.200 bis 750 Millionen Jahre nach dem Urknall zu sehen (Rotverschiebung 5-7). Darüber hinaus haben die Schwäche dieser Quellen und die Tatsache, dass ihr Licht vom optischen zum nahen Infrarot verschoben wird, die Studien bisher stark eingeschränkt.
Ein wichtiger Durchbruch bei dieser Suche nach der frühesten gebildeten Galaxie wurde nun von einem Team französischer und schweizerischer Astronomen [2] mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO erzielt, das mit dem nahinfrarotempfindlichen Instrument ISAAC ausgestattet ist. Um dies zu erreichen, mussten sie den Lichtverstärkungseffekt eines Galaxienhaufens - eines Gravitationsteleskops - mit der Lichtsammelkraft des VLT und den hervorragenden Himmelbedingungen in Paranal kombinieren.
Suche nach fernen Galaxien
Die Suche nach solchen schwachen, schwer fassbaren Objekten erfordert einen bestimmten Ansatz.
Zunächst wurden mit dem ISAAC-Instrument für nahes Infrarot auf dem VLT sehr tiefe Bilder eines Galaxienhaufens namens Abell 1835 aufgenommen. Solche relativ nahe gelegenen massiven Cluster können das Licht von Hintergrundquellen biegen und verstärken - ein Phänomen, das als Gravitationslinse bezeichnet wird und von Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt wird.
Diese natürliche Verstärkung ermöglicht es den Astronomen, Galaxien zu betrachten, die sonst zu schwach wären, um gesehen zu werden. Bei der neu entdeckten Galaxie wird das Licht ungefähr 25 bis 100 Mal verstärkt! In Kombination mit der Kraft des VLT war es dadurch möglich, ein Spektrum dieser Galaxie abzubilden und sogar aufzunehmen. In der Tat erhöht die natürliche Verstärkung effektiv die Apertur des VLT von 8,2 m auf 40-80 m.
Die tiefen Nah-IR-Bilder, die bei verschiedenen Wellenlängen aufgenommen wurden, haben es den Astronomen ermöglicht, die Eigenschaften einiger tausend Galaxien im Bild zu charakterisieren und eine Handvoll davon als potenziell sehr weit entfernte Galaxien auszuwählen. Anhand zuvor erhaltener Bilder, die am Kanada-Frankreich-Hawaii-Teleskop (CFHT) auf Mauna Kea aufgenommen wurden, und Bildern des Hubble-Weltraumteleskops wurde dann verifiziert, dass diese Galaxien tatsächlich nicht in der Optik zu sehen sind. Auf diese Weise wurden sechs Kandidaten-Galaxien mit hoher Rotverschiebung erkannt, deren Licht möglicherweise emittiert wurde, als das Universum weniger als 700 Millionen Jahre alt war.
Um die Entfernung einer dieser Galaxien zu bestätigen und genauer zu bestimmen, erhielten die Astronomen die Ermessenszeit des Direktors, um ISAAC erneut auf dem VLT zu verwenden, diesmal jedoch im spektroskopischen Modus. Nach mehreren Monaten sorgfältiger Analyse der Daten sind die Astronomen überzeugt, ein schwaches, aber klares Spektralmerkmal im nahen Infrarotbereich entdeckt zu haben. Die Astronomen haben stark darauf hingewiesen, dass dieses Merkmal mit Sicherheit die für diese Objekte typische Lyman-Alpha-Emissionslinie ist. Diese Linie, die im Labor bei einer Wellenlänge von 0,1216 um, dh im ultravioletten Bereich, auftritt, wurde bei 1,34 um bis ins nahe Infrarot gedehnt, was Abell 1835 IR1916 zur ersten Galaxie macht, deren Rotverschiebung so groß ist wie 10.
Die bislang am weitesten entfernte Galaxie
Dies ist der stärkste Fall für eine Rotverschiebung, die über der aktuellen spektroskopisch bestätigten Aufzeichnung bei z = 6,6 liegt, und der erste Fall einer zweistelligen Rotverschiebung. Wenn man das Alter des Universums auf das Leben einer Person skaliert (z. B. 80 Jahre), zeigt die zuvor bestätigte Aufzeichnung ein vierjähriges Kleinkind. Mit den vorliegenden Beobachtungen haben wir ein Bild des Kindes, als es zweieinhalb Jahre alt war.
Aus den Bildern dieser Galaxie, die in den verschiedenen Wellenbändern aufgenommen wurden, schließen die Astronomen, dass sie sich in einer Phase intensiver Sternentstehung befindet. Die Anzahl der gebildeten Sterne wird jedoch auf „nur“ das 10-Millionen-fache der Sonnenmasse geschätzt, ungefähr zehntausendmal kleiner als die Masse unserer Galaxie, der Milchstraße.
Mit anderen Worten, was die Astronomen sehen, ist der erste Baustein der heutigen großen Galaxien. Dieser Befund stimmt gut mit unserem gegenwärtigen Verständnis des Prozesses der Galaxienbildung überein, der einem sukzessiven Aufbau der großen Galaxien entspricht, der heute durch zahlreiche Fusionen von „Bausteinen“, kleineren und jüngeren Galaxien, die in der Vergangenheit gebildet wurden, beobachtet wurde.
Es sind diese Bausteine, die möglicherweise die ersten Lichtquellen waren, die den Nebel über das Universum hoben und dem dunklen Zeitalter ein Ende setzten.
Für Roser Pell? Vom Observatoire Midi-Pyr? N? Es (Frankreich) und Co-Leiter des Teams zeigen diese Beobachtungen, dass unter hervorragenden Himmelsbedingungen wie am Paranal Observatory der ESO und unter Verwendung starker Gravitationslinsen direkte Beobachtungen möglich sind von fernen Galaxien in der Nähe des Mittelalters sind mit den besten bodengestützten Teleskopen möglich. “
Der andere Co-Leiter des Teams, Daniel Schaerer vom Genfer Observatorium und der Universität (Schweiz), ist begeistert: „Diese Entdeckung eröffnet den Weg für zukünftige Erkundungen der ersten Sterne und Galaxien im frühen Universum.“
Mehr Informationen
Die in dieser Pressemitteilung enthaltenen Informationen basieren auf einem Forschungsartikel in der europäischen Forschungszeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ (A & A, Band 416, Seite L35; „ISAAC / VLT-Beobachtungen einer Linsengalaxie bei z = 10,0“ von Roser Pell? Daniel Schaerer, Johan Richard, Jean-François Le Borgne und Jean-Paul Kneib). Es ist im Internet auf der EDV-Website verfügbar.
Weitere Erklärungen und Bilder finden Sie auf der Webseite der Autoren unter http://obswww.unige.ch/sfr und http://webast.ast.obs-mip.fr/galaxies/.
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
