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VLT
Dunkle Galaxien im jungen Universum
von Stefan Deiters
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10. Juli 2012

Astronomen glauben mit Hilfe des Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte ESO erstmals dunkle Galaxien in der Frühphase des Universums aufgespürt zu haben. Die Existenz dieser Gaswolken, in denen sich kaum Sterne bilden, war von der Theorie vorhergesagt worden. Der Fund gelang nur, weil ein heller Quasar die Objekte anstrahlt.

HE0109-3518

In der Umgebung des Quasars HE0109-3518 (roter Kreis) glauben Astronomen das schwache Leuchten von zwölf dunklen Galaxien (blaue Kreise) aufgespürt zu haben. Bild: ESO, Digitized Sky Survey 2 und S. Cantalupo (UCSC) [Großansicht]

Dass es dunkle Galaxien geben muss, folgern Astronomen aus ihren Theorien über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien. Diese dunklen Objekte, die danach in der Frühphase des Universums existiert haben müssen, stellen in den Modellen nämlich die Grundbausteine der heute beobachteten großen und hellen Galaxien dar und sollten diese - dank ihres Gasreichtums - mit dem nötigen Ausgangsmaterial für die Bildung von Sternen versorgt haben. Dunkle Galaxien, so die Vorhersage, bestanden hauptsächlich aus Gas, konnten dieses Gas aber kaum in neue Sterne umwandeln.

Da es in dunklen Galaxien somit kaum Sterne gegeben hat, haben sie auch nur sehr wenig Licht ausgesandt und sind daher äußerst schwer zu entdecken. Dies ist der Grund dafür, dass es Astronomen trotz großen Anstrengungen in der Vergangenheit nicht gelungen war, diese von ihnen vorhergesagten Galaxien auch tatsächlich im jungen Universum nachzuweisen. Es fanden sich lediglich indirekte Hinweise auf ihre Existenz in den Spektren von entfernten Objekten. Nun aber glauben die Forscher erstmals direkt einige dieser dunklen Galaxien aufgespürt zu haben.

"Unser Ansatz bei der Suche nach dunklen Galaxien war es, sie einfach mit einem hellen Licht zu bestrahlen", erläutert Simon Lilly von der ETH Zürich, einer der Autoren des Fachartikels über die Beobachtungen, der in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erscheinen wird. "Wir haben nach dem fluoreszierenden Leuchten des Gases in den dunklen Galaxien gesucht, das entsteht, wenn sie von der ultravioletten Strahlung eines nahen und sehr hellen Quasars beschienen werden. Das Licht des Quasars macht die dunklen Galaxien sichtbar, genauso wie weiße Kleidung durch UV-Lampen in Nachtclubs zu leuchten anfängt."

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Mit dem Instrument FORS2 des Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte ESO auf dem Gipfel des Paranal in Chile haben die Astronomen den Bereich rund um den hellen Quasar HE 0109-3518 nach dem verräterischen Leuchten abgesucht, das entsteht, wenn Wasserstoffgas einer intensiven Strahlung ausgesetzt wird. Bei diesem Leuchten handelt es sich eigentlich um ultraviolettes Licht, das allerdings auf dem Weg zur Erde durch die Ausdehnung des Universums in den sichtbaren Bereich des Lichts verschoben wird.

Quasare sind aktive Galaxien. In ihren Zentren befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch, das gerade große Mengen an Material verschluckt. Bevor dieses jedoch endgültig in der Schwerkraftfalle verschwindet, heizt es sich auf extreme Temperaturen auf und sendet dabei eine intensive Strahlung aus, was Quasare zu äußert hellen Objekten macht, die noch über große Entfernung zu erkennen sind.

"Nach mehreren Jahren der erfolglosen Suche nach dem fluoreszierenden Emissionen der dunklen Galaxien, zeigen unsere Ergebnisse nun das Potential unseres Verfahrens zur Entdeckung und zur Untersuchung dieser faszinierenden und bislang unsichtbaren Objekte", so Sebastiano Cantalupo von der University of California in Santa Cruz, der Erstautor des Fachartikels.

Die Astronomen haben insgesamt fast 100 gasförmige Objekte entdeckt, die in einem Umkreis von bis zu einigen Millionen Lichtjahren des Quasars liegen. Viele davon mussten sie allerdings wieder ausschließen, da sich ihr Leuchten eventuell auch durch Sternentstehung erklären lassen würde. So blieben am Ende zwölf Objekte übrig, bei denen es sich tatsächlich um dunkle Galaxien handeln könnte.

Diese, so ergaben die Untersuchungen, dürften jeweils Gas mit einer Gesamtmasse enthalten, die etwa der eine Milliarden-fachen Masse unserer Sonne entspricht. Dies ist eine typische Masse für eine gasreiche, massearme Galaxie im jungen Universum. Die Sternentstehungsrate in diesen Galaxien dürfte um über einen Faktor 100 unter dem von normalen Galaxien in dieser Epoche liegen.

"Unsere Beobachtungen mit dem VLT haben Beweise für die Existenz von kompakten und isolierten dunklen Wolken geliefert", fasst Cantalupo zusammen. "Die Untersuchung ist daher ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Enthüllung und zum Verständnis der geheimnisvollen frühen Phase der Galaxienentstehung und zur Erklärung, woher Galaxien ihr Gas bekommen haben."

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siehe auch
VLT: Das Wachstum junger Galaxien - 14. März 2012
Junges Universum: Entfernte Galaxie mit rasantem Wachstum - 3. Januar 2012
Spitzer: Überraschendes Wachstum entfernter Galaxien - 4. Juli 2011
Links im WWW
ESO
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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