"Die am weitesten entfernte Galaxie, die bisher gesehen wurde!" Haben wir das noch nicht gehört? (Siehe hier und hier zum Beispiel.) Während es stimmt, dass Astronomen mit besseren Instrumenten immer weiter in die Vergangenheit vordringen, gibt es grundlegende Herausforderungen sowohl bei der Beobachtung als auch bei der Messung der Entfernungen zu den frühesten Galaxien im Kosmos.
Deshalb ist diese neue Beobachtung einer Galaxie, die sich etwa 700 Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet hat, von Bedeutung. Während Dutzende von Galaxien identifiziert wurden, die sich in dieser Zeit gebildet haben, haben Astronomen nur für fünf von ihnen genaue Entfernungen gemessen. Diese Galaxie markiert die sechste und ist die am weitesten entfernte. Vielleicht noch wichtiger als die Entfernungsmessung, stellten die Forscher fest, dass diese Galaxie neue Sterne hervorbrachte, die mehr als 100-mal so schnell waren wie die Milchstraße heute. Dies deutet darauf hin, dass frühe Galaxien bei der Sternentstehung möglicherweise aggressiver waren als bisher angenommen.
Ein neues Papier veröffentlicht in Natur (Paywall-Warnung) beschreibt die Messung der Rotverschiebung einer Galaxie, die im CANDELS (Cosmic Assembly Near-Infrarot Deep Extragalactic Legacy Survey) identifiziert wurde, bei dem der Infrarotspektrograph des Keck-Teleskops in Hawaii verwendet wird. Aufgrund dieser großen Entfernung sieht das Hubble-Weltraumteleskop die Galaxie nicht in ihren optischen Bändern, ist jedoch eine helle Infrarotquelle, sowohl für Hubble als auch für das Spitzer-Weltraumteleskop. Wenn Sie sich erinnern, ist die Rotverschiebung ein Maß dafür, wie schnell sich eine Galaxie von uns zu entfernen scheint, wenn sich das Universum ausdehnt. Je höher die Rotverschiebung, desto weiter ist diese Galaxie entfernt - und desto länger hat sie das Licht emittiert, das wir sehen. Wenn das Universum wächst, streckt es die Wellenlänge des Lichts proportional. Auf diese Weise wird das in Sternen übliche sichtbare Licht oder sogar die ultraviolette Emission rot in den Infrarotbereich des Spektrums verschoben.
In diesem Fall haben Astronomen die Rotverschiebung der Galaxie z8_GND_5296 (es gibt einen denkwürdigen Namen für Sie) mit 7,51 gemessen, was einer Entfernung von ungefähr 13 Milliarden Lichtjahren entspricht. Sie bestimmten diese Zahl durch Messung der Lyman alpha (Ly α) -Emission aus Wasserstoffgas, die sowohl sehr häufig als auch bei so großen Entfernungen schwer zu messen ist. Das Lyα-Licht von Wasserstoffgas an unserem Standort beträgt ungefähr 122 Nanometer, fest im ultravioletten Teil des Spektrums, aber die entsprechende Emission von z8_GND_5296 beträgt ungefähr 1034 Nanometer, was infrarot ist. (Um die Rotverschiebung zu erhalten, dividieren Sie die größere Zahl durch die kleinere und subtrahieren Sie 1. Leider ist die Beziehung zwischen Rotverschiebung und Entfernung nirgends so einfach.)
Allerdings hat nicht jede Galaxie in vergleichbaren Entfernungen messbare Lyα-Emissionen: Etwas scheint zu verhindern, dass ein Großteil dieses Lichts uns erreicht. Die Leitidee ist neutrales intergalaktisches Gas, das das Licht streut, aber es werden zu wenige Galaxien beobachtet, um diese Hypothese zu bestätigen. Während es Dutzende von Galaxien mit Rotverschiebungen von mehr als 7 gibt (nicht durch das Spektrum, sondern durch die scheinbare Farbe der Galaxie bestimmt), können die Rotverschiebungen daher für die meisten nicht doppelt überprüft werden. Dieses Papier berichtet über 43 frühe Galaxien, aber nur eine dieser Proben hatte messbare Ly α -Emissionen.
Interessanterweise ist die Galaxie z8_GND_5296 relativ reich an „Metallen“: Elementen, die schwerer als Helium sind. Da diese Elemente eher von Sternen als vom Urknall erzeugt werden, deutet dies auf einen sehr schnellen Zyklus von Geburt und Tod von Sternen hin, selbst wenn diese Galaxie das von uns beobachtete Licht aussendet.
Um diese Behauptung zu stützen, stellten die Autoren der vorliegenden Studie fest, dass z8_GND_5296 und eine ähnliche Galaxie mit der Bezeichnung GN 108036 extrem hohe Sternentstehungsraten aufweisen und das Äquivalent von 330 Sonnenmassen in neue Sterne umwandeln. Das ist mehr als das 100-fache der Sternentstehungsrate der Milchstraße und vergleichbar mit einigen der extremsten sternbildenden Galaxien. Diese Galaxien wurden früher als selten angesehen, daher müssen Astronomen möglicherweise ihre Schätzungen überarbeiten, wie schnell neue Sterne in frühen Galaxien entstanden sind.
Egal was passiert, es wird interessant sein zu sehen, wie andere frühe Galaxien aussehen, wenn sich unsere Beobachtungen verbessern. Ohne das wissen wir nicht, ob z8_GND_5296 eine Seltenheit in seiner extremen Sternentstehung ist oder warum es relativ hell in Ly α -Emissionen ist, während seine Geschwister es nicht sind. Und vielleicht finden wir die zeitliche Trennung zwischen der Ära ohne Galaxien und den ersten Galaxien, die sich bilden.
