In ihrem Bestreben zu lernen, wie unser Universum entstanden ist, haben Wissenschaftler sehr tief in den Raum (und damit sehr weit zurück in die Zeit) geforscht. Letztendlich ist es ihr Ziel zu bestimmen, wann sich die ersten Galaxien in unserem Universum gebildet haben und welche Auswirkungen sie auf die kosmische Evolution hatten. Jüngste Versuche, diese frühesten Formationen zu lokalisieren, haben Entfernungen von bis zu 13 Milliarden Lichtjahren von der Erde untersucht - d. H. Ungefähr 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall.
Auf dieser Grundlage können Wissenschaftler nun untersuchen, wie frühe Galaxien die Materie um sie herum beeinflussten - insbesondere die Reionisierung neutraler Atome. Leider sind die meisten frühen Galaxien sehr schwach, was das Studium ihrer Innenräume schwierig macht. Dank einer kürzlich von einem internationalen Team von Astronomen durchgeführten Umfrage wurde jedoch eine leuchtendere, massereichere Galaxie entdeckt, die einen klaren Überblick darüber geben konnte, wie frühe Galaxien zur Reionisierung führten.
Die Studie mit dem Titel „ISM-Eigenschaften einer massiven staubigen sternbildenden Galaxie, die bei entdeckt wurde z ~ 7 “, wurde kürzlich in veröffentlicht Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe.Unter der Leitung von Forschern des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn stützte sich das Team auf Daten der SPT-SZ-Umfrage (South Pole Telescope) und von ALMA, um eine Galaxie zu entdecken, die vor 13 Milliarden Jahren (nur 800 Millionen Jahre später) existierte der Urknall).
In Übereinstimmung mit dem Urknallmodell der Kosmologie bezieht sich die Reionisierung auf den Prozess, der nach der als „dunkles Zeitalter“ bekannten Zeit stattfand. Dies geschah zwischen 380.000 und 150 Millionen Jahren nach dem Urknall, als die meisten Photonen im Universum mit Elektronen und Protonen wechselwirkten. Infolgedessen ist die Strahlung dieser Zeit von unseren derzeitigen Instrumenten nicht nachweisbar - daher der Name.
Kurz vor dieser Zeit fand die „Rekombination“ statt, bei der sich Wasserstoff- und Heliumatome zu bilden begannen. Anfänglich ionisiert (ohne an ihre Kerne gebundene Elektronen), nahmen diese Moleküle beim Abkühlen des Universums allmählich Ionen ein und wurden neutral. In der folgenden Zeit - d. H. Zwischen 150 Millionen und 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall - begann sich die großräumige Struktur des Universums zu bilden.
Damit verbunden war der Prozess der Reionisierung, bei dem sich die ersten Sterne und Quasare bildeten und ihre Strahlung das umgebende Universum reionisierte. Es ist daher klar, warum Astronomen diese Ära des Universums untersuchen wollen. Durch die Beobachtung der ersten Sterne und Galaxien und ihrer Auswirkungen auf den Kosmos erhalten Astronomen ein klareres Bild davon, wie diese frühe Periode zum Universum führte, wie wir es heute kennen.
Zum Glück für das Forscherteam ist bekannt, dass die massiven, sternbildenden Galaxien dieser Zeit viel Staub enthalten. Obwohl diese Galaxien im optischen Band sehr schwach sind, emittieren sie starke Strahlung bei Wellenlängen im Submillimeterbereich, wodurch sie mit den heutigen fortschrittlichen Teleskopen - einschließlich dem Südpolteleskop (SPT), dem Atacama Pathfinder Experiment (APEX) und dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) - nachweisbar sind ).
Für ihre Studie stützten sich Strandet und Weiss auf Daten der SPT, um eine Reihe staubiger Galaxien aus dem frühen Universum zu entdecken. Wie Maria Strandet und Axel Weiss vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (und der Hauptautor bzw. die Co-Autoren der Studie) dem Space Magazine per E-Mail mitteilten:
„Wir haben Licht mit einer Wellenlänge von etwa 1 mm verwendet, das mit mm-Teleskopen wie SPT, APEX oder ALMA beobachtet werden kann. Bei dieser Wellenlänge werden die Photonen durch die Wärmestrahlung von Staub erzeugt. Das Schöne an der Verwendung dieser langen Wellenlänge ist, dass für einen großen Rotverschiebungsbereich (Rückblickzeit) das Dimmen von Galaxien [verursacht] durch zunehmende Entfernung durch die Rotverschiebung kompensiert wird - die beobachtete Intensität ist also unabhängig von der Rotverschiebung. Dies liegt daran, dass man für Galaxien mit höherer Rotverschiebung intrinsisch kürzere Wellenlängen (um (1 + z)) betrachtet, bei denen die Strahlung für ein thermisches Spektrum wie das Staubspektrum stärker ist. “
Es folgten Daten von ALMA, anhand derer das Team den Abstand der Galaxien anhand der rotverschobenen Wellenlänge von Kohlenmonoxidmolekülen in ihren interstellaren Medien (ISM) bestimmte. Aus all den gesammelten Daten konnten sie die Eigenschaften einer dieser Galaxien - SPT0311-58 - durch Beobachtung ihrer Spektrallinien einschränken. Dabei stellten sie fest, dass diese Galaxie nur 760 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte.
„Da die Signalstärke bei 1 mm unabhängig von der Rotverschiebung (Rückblickzeit) ist, haben wir keine a priori-Ahnung, ob sich ein Objekt relativ nahe (im kosmologischen Sinne) oder in der Epoche der Reionisierung befindet“, sagten sie. „Deshalb haben wir eine große Umfrage durchgeführt, um die Rotverschiebungen über die Emission molekularer Linien mit ALMA zu bestimmen. SPT0311-58 ist das höchste Rotverschiebungsobjekt, das in dieser Umfrage entdeckt wurde, und tatsächlich die am weitesten entfernte massive staubige sternbildende Galaxie, die bisher entdeckt wurde. “
Aus ihren Beobachtungen ermittelten sie auch, dass SPT0311-58 eine Masse von ungefähr 330 Milliarden Sonnenmassen hat, was ungefähr 66-mal so viel ist wie die Milchstraßengalaxie (die ungefähr 5 Milliarden Sonnenmassen hat). Sie schätzten auch, dass es mit einer Geschwindigkeit von mehreren tausend pro Jahr neue Sterne bildet, was auch für benachbarte Galaxien der Fall sein könnte, die auf diesen Zeitraum datiert sind.
Dieses seltene und weit entfernte Objekt ist einer der besten Kandidaten, um zu untersuchen, wie das frühe Universum aussah und wie es sich seitdem entwickelt hat. Dies wiederum ermöglicht es Astronomen und Kosmologen, die theoretischen Grundlagen für die Urknalltheorie zu testen. Wie Strandet und Weiss dem Space Magazine über ihre Entdeckung erzählten:
„Diese Objekte sind wichtig, um die Entwicklung der Galaxien als Ganzes zu verstehen, da die großen Staubmengen, die bereits 760 Millionen Jahre nach dem Urknall in dieser Quelle vorhanden sind, bedeuten, dass es sich um ein extrem massives Objekt handelt. Die bloße Tatsache, dass solche massiven Galaxien bereits existierten, als das Universum noch so jung war, schränkt unser Verständnis des Aufbaus von Galaxienmassen stark ein. Darüber hinaus muss sich der Staub in sehr kurzer Zeit bilden, was zusätzliche Einblicke in die Staubproduktion der ersten Sternpopulation gibt. “
Die Fähigkeit, tiefer in den Raum und weiter zurück in die Zeit zu schauen, hat in letzter Zeit zu vielen überraschenden Entdeckungen geführt. Und diese haben wiederum einige unserer Annahmen darüber in Frage gestellt, was wann im Universum passiert ist. Letztendlich helfen sie Wissenschaftlern dabei, eine detailliertere und vollständigere Darstellung der kosmischen Evolution zu erstellen. Eines Tages könnten wir sogar in der Lage sein, die frühesten Momente im Universum zu untersuchen und die Schöpfung in Aktion zu beobachten!
