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VLT
Temperaturmessung im jungen Universum
von Stefan Deiters
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14. Mai 2008

Mit Hilfe des Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte ESO auf dem Gipfel des Paranal in Chile gelang es Astronomen nun Kohlenmonoxid-Moleküle in einer fast elf Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie nachzuweisen. Die Entdeckung erlaubt erstmals eine genaue Messung der Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung in dieser Entfernung.

Spektren
 
Absorptionslinien im Spektrum des Quasars verraten den Astronomen etwas über die Elemente in interstellaren Wolken in den Galaxien in der Sichtlinie. Bild: ESO [Großansicht]

Die Entdeckung, über die die Wissenschaftler in einem Beitrag in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics berichten, gelang dank mehr als achtstündiger Beobachtungen mit dem Spektrographen UVES, der an einem der Teleskope des Very Large Telescope der ESO auf dem Gipfel des Paranal in Chile montiert ist. Die von den Astronomen aufgespürte Galaxie ist fast elf Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, so dass das Licht rund 80 Prozent des gegenwärtigen Alters des Universums benötigte, um uns zu erreichen.

Die ferne Galaxie war allerdings gut versteckt und konnte nur durch die Beobachtung eines noch weiter entfernten Quasars aufgespürt werden. In dessen Spektrum hinterließ die Galaxie einen charakteristischen Fingerabdruck, der sie verriet. "Quasare dienen uns bei diesen Beobachtungen nur als entfernte Lichtquellen. Interstellare Wolken in Galaxien, die auf der Sichtlinie zwischen uns und dem Quasar liegen, absorbieren Teile des Lichtes des Quasars. In dem Spektrum können wir so gut bekannte Elemente und Moleküle identifizieren", erläutert Raghunathan Srianand, der die Beobachtungen leitete.

Um diese besondere Art von Beobachtung zu ermöglichen, musste das Ziel sorgfältig ausgewählt werden: Aus rund 10.000 Quasaren entschieden sich die Forscher aber am Ende für das richtige Objekt, konnten sie doch im interstellaren Gas der Galaxie in der Sichtlinie nicht nur normalen und deuterierten Wasserstoff nachweisen, sondern auch Kohlenmonoxid. "Es ist das erste Mal, dass diese drei Moleküle durch Absorption im Licht eines fernen Quasars entdeckt wurden", so Teammitglied Cédric Ledoux von der ESO. "25 Jahre hat man vergeblich versucht, sie aufzuspüren."

Das interstellare Gas in den Galaxien ist für Astronomen deswegen so interessant, weil es als Reservoir für die Bildung von neuen Sternen dient. Die Analyse der Zusammensetzung des Gases hilft den Wissenschaftlern daher, mehr über die Entwicklung von Galaxien zu erfahren. In der entfernten Galaxie beispielsweise scheinen die physikalischen Bedingungen im interstellaren Medium ähnlich zu sein wie in unserer Milchstraße.

Doch der Fund in knapp elf Milliarden Lichtjahren Entfernung ist noch aus einem anderen Grund wichtig: Mit Hilfe des entdeckten Kohlenmonoxids können die Forscher die Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung an dieser Stelle messen. "Im Gegensatz zu anderen Methoden, braucht man für die Messung der Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung mit Kohlenmonoxid nur sehr wenige zusätzliche Annahmen", erläutert Teammitglied Pasquier Noterdaeme. 

Nach Ansicht der Astronomen entstand unser Universum durch den sogenannten Urknall. Eine Art Reststrahlung dieses Ereignisses lässt sich bis heute als Hintergrundstrahlung messen. Stimmt diese Theorie, müsste die Hintergrundstrahlung zu früheren Zeiten wärmer gewesen sein. "Wenn man die heutige Temperatur von 2,725 Kelvin zu Grunde legt, müsste man vor 11 Milliarden Jahren eine Temperatur von etwa 9,3 Kelvin erwarten", verdeutlicht Patrick Petitjean, der auch zum Beobachterteam gehörte. "Aus unseren Messungen ergab sich ein Wert von 9,15 Kelvin plus oder minus 0,7 Kelvin, was sehr gut mit der Theorie übereinstimmt."

"Wir glauben, dass wir mit unseren Beobachtungen eine Pionierarbeit auf dem Gebiet der interstellaren Chemie in weiten Entfernungen geleistet haben", so Srianand. "Und wir konnten zeigen, dass man interstellare Chemie auch zur Überprüfung von kosmologischen Fragestellungen benutzen kann."

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