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ALMA
Entfernte Galaxien in wenigen Minuten aufgespürt
von Stefan Deiters
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17. April 2013

Astronomen haben mithilfe des neuen Radioteleskopverbunds ALMA die Position von über 100 entfernten Galaxien bestimmt, in denen gerade mit extrem hoher Rate neue Sterne entstehen. Sie benötigten dafür insgesamt nur wenige Stunden. Für eine ähnliche Anzahl von Beobachtungen hatten Teleskope zuvor über zehn Jahre gebraucht.

Galaxien

Einige der jetzt lokalisierten Galaxien. Die ALMA-Daten sind in rot-orange dargestellt, im Hintergrund Infrarotbilder des Weltraumteleskops Spitzer.  Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Hodge et al., A. Weiss et al., NASA Spitzer Science Center [Großansicht]

Im noch jungen Universum entstanden in den Galaxien innerhalb kürzester Zeit eine große Menge von Sternen. Das Studium dieser Systeme liefert also wichtige Hinweise über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien und den größeren Strukturen im Universum. Allerdings sind diese Galaxien und die in ihnen entstehenden Sterne nicht nur weit entfernt, sondern verbergen sich in der Regel in dichtem Staub. Dadurch sind sie für Teleskope, die im sichtbaren Bereich des Lichts beobachten, nur schwer aufzuspüren.

Beobachtungen bei deutlich längeren Wellenlängen, etwa im Millimeterbereich, sind zur Untersuchung dieser Systeme wesentlich besser geeignet, da der Staub hier nicht mehr stört. Genau solche Beobachtungen erlaubt das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ein Verbund aus Radioteleskopen in der chilenischen Atacamawüste, der unlängst offiziell eingeweiht wurde (astronews.com berichtete).

"Astronomen  haben auf solche Daten mehr als ein Jahrzehnt gewartet", freut sich Jacqueline Hodge vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, die Erstautorin eines Fachartikels über die neuen Beobachtungen mit ALMA. "ALMA ist so leistungsstark, dass es die Art und Weise wie wir diese Galaxien beobachten, revolutioniert hat - und dies, obwohl das Teleskop noch gar nicht vollständig war, als wir die Beobachtungen gemacht haben."

Die bislang beste Karte dieser entfernten staubigen Galaxien basierte auf Beobachtungen des Teleskops des Atacama Pathfinder Experiment (APEX), das als Prototyp für die Radioschüsseln von ALMA diente. Mit APEX wurden in einem Himmelsbereich, der in etwa so groß ist wie der Vollmond, 126 dieser Galaxien aufgespürt. Allerdings erschienen die staubigen Galaxien in den APEX-Daten nur als sehr verschwommene Gebilde und überdeckten einen Bereich, in dem in anderen Wellenlängen gleich mehrere Galaxien sichtbar waren.

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So gelang es oft nicht, die genaue Galaxie zu identifizieren, in der mit hoher Rate Sterne entstehen, was aber gerade für die Untersuchung der Sternentstehung im jungen Universum von großer Bedeutung ist. Damit dies gelingt, waren detailliertere Beobachtungen nötig, die mit einer einzelnen 12-Meter-Antenne wie APEX nicht möglich sind. Bei ALMA werden mehrere solcher Antennen zu einem Teleskop kombiniert. Damit steht praktisch ein riesiges Einzelteleskop zur Verfügung, dessen Durchmesser der maximalen Entfernung der Antennen des Verbunds entspricht.

Die jetzt vorgestellten Beobachtungen wurden in einer Zeit gemacht, als ALMA sich noch im Aufbau befand und weniger als ein Viertel der insgesamt 66 Antennen einsatzbereit waren. Trotzdem benötigten diese Antennen, die bis zu 125 Meter voneinander entfernt waren, nur zwei Minuten, um jede der zuvor mit APEX entdeckten Galaxien aufzuspüren und ihre Position auf einen 200-mal kleineren Bereich einzugrenzen. Auch die Empfindlichkeit war gegenüber den alten Beobachtungen drei Mal besser.

Innerhalb weniger Stunden konnten die Astronomen so die bisherige Anzahl solcher Galaxienbeobachtungen verdoppeln. Dabei gelang es nicht nur die Galaxien mit aktiven Sternentstehungsregionen eindeutig zu identifizieren: Die Daten zeigten auch, dass bei früheren Beobachtungen oft zwei oder mehrere Galaxien mit Sternentstehung als eine einzige Galaxie erschien - eine Entdeckung, die für ein Verständnis der Vorgänge im jungen Universum von großer Bedeutung ist.

"Wir hatten bislang angenommen, dass in den hellsten dieser Galaxien Sterne mit einer 1000-fach höheren Rate entstehen als in unserer Milchstraße", erklärt Alexander Karim von der Durham University in Großbritannien, ein Mitglied des Beobachterteams. "Die Rate war so groß, dass eigentlich die Gefahr bestand, dass sie dadurch praktisch auseinanderfliegen. Die ALMA-Bilder zeigen nun, dass es sich dabei um mehrere kleinere Galaxien handelt, in denen mit einer etwas gemäßigteren Rate Sterne entstehen."

Dank der neuen Beobachtungen liegt jetzt erstmals ein statistisch zuverlässiger Katalog dieser staubigen Galaxien mit Sternentstehung im frühen Universum vor, der auch die Grundlage für weitere Untersuchungen bilden kann. Trotz der demonstrierten Überlegenheit von ALMA können aber auch Teleskope wie APEX weiterhin eine wichtige Rolle spielen. "Mit APEX lassen sich größere Bereiche am Himmel schneller als mit ALMA erfassen, was für die Entdeckung dieser Galaxien ideal ist", so Ian Smail von der Durham University. "Wenn man dann weiß, wo man hinschauen muss, können wir sie mit ALMA exakt lokalisieren."

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ALMA: Blick ins frühe Universum - 13. März 2013
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ALMA: Riesenteleskop in der Wüste - 16. Juni 1999
 
Links im WWW
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