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ALMA & VLT
Frühreife Galaxie im jungen Universum
von Stefan Deiters
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2. März 2015

Astronomen haben eine überraschend entwickelte Galaxie im jungen Universum entdeckt: Den Wissenschaftlern gelang es, in einem der entferntesten bekannten Systeme Staub nachzuweisen. Sie werten dies als Hinweis darauf, dass sich Galaxien nach dem Urknall sehr schnell entwickelt haben müssen. Die Forscher nutzten das Very Large Telescope und Daten des Radioteleskopverbunds ALMA.

A1689-zD1

Die Galaxie A1689-zD1 als verschwommener rötlicher Fleck. Für das Bild wurden Infrarotdaten und Daten aus dem sichtbaren Bereich des Lichts verwendet.  Bild: ESO/J. Richard

Abell 1689

Der Galaxienhaufen Abell 1689. Die Position von A1689-zD1 ist markiert, die Galaxie allerdings kaum zu erkennen. Bild: NASA; ESA; L. Bradley (Johns Hopkins University); R. Bouwens (University of California, Santa Cruz); H. Ford (Johns Hopkins University) und G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)   [Großansicht]

Die Galaxie A1689-zD1 ist eigentlich schon seit mehreren Jahren bekannt: Das lichtschwache System, das sich nur beobachten lässt, weil sein Licht durch die gravitative Wirkung des Galaxienhaufens Abell 1689 um einen Faktor von mehr als neun verstärkt wird, wurde nämlich erstmals im Jahr 2008 auf Bildern des Weltraumteleskops Hubble entdeckt. Allerdings gelang es damals nicht, die Entfernung der Galaxie sicher zu bestimmen (astronews.com berichtete).

Dies gelang nun einem Astronomenteam um Darach Watson von der Universität in Kopenhagen. Die Wissenschaftler nutzten dazu das Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte ESO in der chilenischen Atacamawüste. A1689-zD1 ist nach diesen Messungen so weit von uns entfernt, dass wir die Galaxie zu einer Zeit sehen, in der das Universum gerade einmal 700 Millionen Jahre alt war und damit nur etwa fünf Prozent seines heutigen Alters hatte.

"Nachdem wir die Entfernung der Galaxie mit dem VLT bestätigt hatten, stellten wir fest, dass sie zuvor bereits mit ALMA beobachtet worden war", erinnert sich Watson. "Wir hatten nicht damit gerechnet dabei viel zu entdecken, aber wir waren dann doch alle begeistert, als wir feststellten, dass die Galaxie nicht nur mit ALMA beobachtet wurde, sondern auch tatsächlich etwas zu erkennen war. Eines der Hauptziele von ALMA ist die Suche nach Galaxien im jungen Universum anhand ihrer Emissionen von kaltem Gas und Staub - und genau dies war zu sehen." Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist ein Verbund von Radioteleskopen in der chilenischen Atacamawüste.

Eigentlich hatten die Astronomen erwartet, dass sie es bei A1689-zD1 mit einem System zu tun haben würden, das sehr jung und unentwickelt aussieht. Wir sehen die Galaxie nämlich in einer Epoche, in der das Leuchten der ersten Sterne gerade das sogenannte "dunkle Zeitalter" im Universum beendete. Somit hatte niemand damit gerechnet, in der Galaxie eine vielfältige Chemie und einen hohen Anteil von interstellarem Staub anzutreffen.

Die Galaxie ist damit praktisch "frühreif". So fanden sich in ihr schwerere Elemente, die erst im Inneren von Sternen entstehen müssen und nicht - wie Wasserstoff und Helium - schon von Anfang an im Universum zur Verfügung standen. A1689-zD1 muss, so ergaben die Beobachtungen, damals auch bereits einen hohen Anteil an Strahlung im fernen Infrarot ausgesandt haben, was die Forscher als Hinweis auf die bereits erfolgte Entstehung vieler Sterne und eine erhebliche Menge an schwereren Elementen werten. Zudem scheint das Verhältnis von Staub zu Gas dem von sehr viel entwickelteren Galaxien zu gleichen.

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"Wir wissen noch nichts über den genauen Ursprung des galaktischen Staubs", erläutert Watson. "Unsere Daten deuten aber darauf hin, dass seine Produktion sehr schnell, innerhalb von gerade einmal 500 Millionen Jahren mit Beginn der Sternentstehung im Universum abläuft - ein sehr kurzer kosmologischer Zeitrahmen, angesichts der Tatsache, dass die meisten Sterne mehrere Milliarden Jahre existieren."

Für A1689-zD1 vermuten die Wissenschaftler, dass in der Galaxie entweder seit etwa 560 Millionen Jahren nach dem Urknall mit einer moderaten Rate Sterne entstanden sein müssen, oder das System eine Periode mit extrem heftiger Sternentstehung durchlaufen haben muss.

"Diese unglaublich staubige Galaxie scheint es sehr eilig gehabt zu haben, ihre ersten Generationen von Sternen entstehen zu lassen", meint Teammitglied Kirsten Knudsen von der schwedischen Chalmers University of Technology. "Zukünftig wird uns ALMA helfen, noch mehr solche Galaxien zu entdecken und so herauszufinden, warum sie so schnell erwachsen werden wollen." Zuvor hatten die Astronomen Zweifel gehabt, ob sich solche Galaxien überhaupt auf diese Weise mit ALMA würden finden lassen.

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen in der heute erscheinenden Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Nature.

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siehe auch
Hubble: Neuer galaktischer Entfernungsrekord? -12. Februar 2008
Links im WWW
Preprint des Fachartikels (pdf-Download von eso.org)
ESO
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