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HUBBLE & SPITZER
Galaxie in der Frühphase des Universums
Redaktion / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
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20. September 2012

Astronomen haben mit Hilfe der Weltraumteleskope Hubble und Spitzer eine Galaxie entdeckt, die so weit von uns entfernt ist, dass wir sie nur 490 Millionen Jahre nach dem Urknall sehen. Das Aufspüren des entfernten Systems gelang nur mit Hilfe eines massereichen Galaxienhaufens, der als kosmisches Vergrößerungsglas wirkt und das schwache Leuchten der Galaxie verstärkt.

MACS1149-JD1

Die Galaxie MACS1149-JD1 auf Bildern des Weltraumteleskops Hubble. Die Übersichtsansicht links wird vom Galaxienhaufen MACS J1149+2223 dominiert, der das Licht der entfernten Galaxie etwa 15-fach verstärkt. Bild: NASA / ESA / STScI / JHU [Großansicht]

Ein internationales Forscherteam hat eine Galaxie entdeckt, die so weit von uns entfernt ist, dass wir sie im extrem jungen Universum beobachten können: Die Galaxie mit dem Namen MACS1149-JD1 hat sich offenbar bereits weniger als 500 Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet. Sie könnte damit die am weitesten entfernte Galaxie sein, die Wissenschaftler bislang beobachten konnten. Möglich wurde die Entdeckung mithilfe eines natürlichen "Leuchtkraftverstärkers" des Universums, einer sogenannten "Gravitationslinse". Über ihren Fund berichten die Astronomen in der heute erscheinenden Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Nature.

Das Universum entstand vor rund 13,7 Milliarden Jahren durch den Urknall. Rund 400 bis 500 Millionen Jahre später ließen die Bedingungen im Kosmos die Bildung der ersten Sterne zu. "Eigentlich bestand kaum Hoffnung, Signale irgendeines Objekts aus dieser Epoche zu erhalten. Denn sollte es damals schon Galaxien gegeben haben, so wäre ihr Schein noch sehr viel schwächer als das Leuchten einer Kerze auf dem Mond. Kein Teleskop der Welt wäre derzeit in der Lage, ein solches Objekt zu entdecken", erklärt Prof. Dr. Matthias Bartelmann vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, der an der jetzt vorgestellten Studie beteiligt war.

Doch die Astronomen hatten Glück: Ihnen kam ein natürlicher "Leuchtkraftverstärker" zu Hilfe, eine sogenannte Gravitationslinse: Massereiche Objekte lenken das Licht ab und besonders massereiche Galaxienhaufen in einem bestimmten Abstand zur Erde können so wie ein Lupenglas wirken und noch entferntere Objekten vergrößern und ihr Licht bündeln, so dass sie heller erscheinen. Der Galaxienhaufen MACS J1149+2223 hatte genau diesen Effekt und ermöglichte so die Entdeckung der entfernten Galaxie MACS1149-JD1.

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"Galaxien, die sich gerade in einer intensiven Phase der Sternentstehung befinden, weisen in ihrer spektralen Energieverteilung bestimmte unverwechselbare und charakteristische Abstufungen auf. Diese lassen sich aufspüren, indem eine Galaxie mit einem Teleskop durch verschiedene Filter beobachtet wird", erläutert Dr. Adi Zitrin aus Bartelmanns Arbeitsgruppe. Diese charakteristischen Signaturen im Spektrum der Galaxie verschieben sich allerdings - aufgrund der Ausdehnung des Universum - in Abhängigkeit der Entfernung einer Galaxie von der Erde. Die Astronomen sprechen dabei von der sogenannten Rotverschiebung, die im Fall von MACS1149-JD1 einen Wert von 9,6 hat. Das Licht der Galaxie benötigte 13,2 Milliarden Jahre, um die Erde zu erreichen.

Entscheidende Hinweise, die zur Entdeckung von MACS1149-JD1 führten, lieferte eine in Heidelberg mitentwickelte Analysemethode. Dabei wird die Verformung der Teleskop-Bilder von weit hinter den Galaxienhaufen liegenden Galaxien vermessen, die durch die in diesen Galaxienhaufen vorhandene Masse hervorgerufen wird. Im Fall des Galaxienhaufen MACS1149+22 konnten die Wissenschaftler insgesamt sieben Hintergrundgalaxien entdecken, deren Bild durch die Gravitationskraft des Galaxienhaufens verstärkt, verzerrt und in 23 Mehrfachbilder aufgespaltet wurde. Daraus ließ sich vorhersagen, wo sich eine leuchtkraftverstärkte Galaxie bei einer Rotverschiebung von 9,6 befinden müsste. Wir sehen sie damit zu einem Zeitpunkt, zu dem das Universum nur rund 490 Millionen Jahre alt ist.

"Diese Galaxie ist das entfernteste Objekt, das wir bislang mit großer Sicherheit beobachten konnten", so Prof. Dr. Wei Zheng von der Johns Hopkins University in Baltimore, der die Untersuchung leitete. Es ist bei MACS1149-JD1 zudem erstmals gelungen, eine so entfernte Galaxie nicht nur in einem Wellenlängenbereich nachzuweisen, sondern gleich in mehreren: Das Weltraumteleskop Hubble konnte MACS1149-JD1 in vier Wellenlängenbereichen im sichtbaren Bereich des Lichts und in einem infraroten beobachten, das Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer zudem in einem zusätzlichen infraroten Wellenlängenbereich. Die Entdeckung gelang im Rahmen des Programms Cluster Lensing And Supernova Survey with Hubble.

Basierend auf den Daten von Hubble und Spitzer vermuten die Astronomen, dass sie die entfernte Galaxie in einem Alter von weniger als 200 Millionen Jahren beobachten. Es handelt sich um eine kleine und kompakte Galaxie, deren Masse nur etwa einem Prozent der Masse der Milchstraße entspricht. Dies passt zu den aktuellen Theorien über die Entwicklung von Galaxien, nach denen die ersten Systeme relativ klein waren und sich dann durch wiederholte Verschmelzungen zu den Galaxien entwickelt haben, die wir heute in unserer Nachbarschaft beobachten können.

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siehe auch
Hubble: Entfernteste Spiralgalaxie entdeckt - 20. Juli 2012
Hubble: Galaxie mit neuer Rekordentfernung? - 27. Januar 2011
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg
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