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ALMA
Sternentstehungsgebiete in entfernter Galaxie
von Stefan Deiters
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9. Juni 2015

Mithilfe des Radioteleskopverbunds ALMA und des Gravitationslinseneffekts haben Astronomen einzelne Sternentstehungsgebiete in einer weit entfernten Galaxie sichtbar machen können. Es ist das erste Mal, dass derart detaillierte Beobachtungen eines so weit entfernten Systems gelungen sind. Die Galaxie sehen wir zu einer Zeit, in der das Universum gerade 2,4 Milliarden Jahre alt war.

SDP.81

Hubble-Bild der untersuchten Himmelsregion (links), ALMA-Bild des Einsteinrings (Mitte) und das rekonstruierte Bild der fernen Galaxie SDP.81 (rechts). Bild: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ) / Y. Tamura (The University of Tokyo)/ Mark Swinbank (Durham University) [Großansicht

Im Rahmen der sogenannten Long Baseline Campaign mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), einem Verbund von Radioteleskopen in der chilenischen Atacamawüste, ist Astronomen ein bislang einmaliger Blick auf Sternentstehungsregionen in einer entfernten Galaxie gelungen. Ziel der Beobachtungen war ein System namens HATLAS J090311.6+003906 oder auch SDP.81.

Das Licht dieser Galaxie erreicht die Erde nicht direkt, sondern wird auf dem Weg von einer massereichen Galaxie abgelenkt. Auf diese Weise wird das Bild von SDP.81 zu einer ringförmigen Struktur verzerrt und auch verstärkt. Astronomen bezeichnen diesen von Albert Einstein vorhergesagten Effekt als Gravitationslinseneffekt. Im Falle einer perfekten Anordnung von entfernter Galaxie, Linsengalaxie und Erde wird das Bild des entfernten Systems zu einem sogenannten Einstein-Ring verzerrt - wie auch bei SDP.81.

Die Daten von ALMA wurden von inzwischen sieben Forschergruppen unabhängig voneinander analysiert, so dass nunmehr zahlreiche Informationen über die Struktur, die Bestandteile, die Bewegung und andere Eigenschaften der fernen Galaxie vorliegen. Die Galaxie sehen wir zu einer Zeit, in der das Universum gerade einmal 2,4 Milliarden Jahre alt war. Erste Ergebnisse der Beobachtungen waren bereits im April bekannt geworden (astronews.com berichtete).

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Die detaillierten Beobachtungen wurden möglich, weil die einzelnen Antennen von ALMA über einen größeren Bereich verteilt waren als früher. Dadurch hatten die Antennen einen größeren Abstand voneinander, was zu einem höheren Auflösungsvermögen führte. Die Auflösung der ALMA-Daten ist um das Sechsfache größer als entsprechende Beobachtungen im Infraroten mit dem Weltraumteleskop Hubble.

Mithilfe eines Modells über die Art der Verzerrung durch die Galaxie auf der Sichtlinie, konnten die Astronomen das tatsächliche Bild der entfernten Galaxie rekonstruieren und so bislang nicht zu beobachtende Details sichtbar machen. So waren staubige Bereiche zu erkennen, bei denen es sich um Regionen aus kaltem molekularen Gas handeln dürfte, also Geburtsstätten von Sternen und Planeten.  Dabei waren Strukturen zu erkennen, die einen Durchmesser von nur 200 Lichtjahren haben.

"Die rekonstruierte ALMA-Aufnahme der Galaxie ist sehr eindrucksvoll", sagt Rob Ivison, wissenschaftlicher Direktor der europäischen Südsternwarte ESO. "ALMAs gewaltige Lichtsammelfläche, die große räumliche Trennung der Antennen und die stabile Atmosphäre über der Atacamawüste, führten zu einer ausgezeichneten Detailschärfe, sowohl bei den Bildern, als auch bei den Spektren."

"Das bedeutet, dass wir sehr empfindliche Beobachtungen durchführen können und Informationen darüber erhalten, wie sich die unterschiedlichen Teile der Galaxie bewegen. Wir können Galaxien am anderen Ende des Universums untersuchen und dabei zusehen, wie sie verschmelzen und eine riesige Zahl an Sternen entstehen lassen. Solche Dinge sind es, die mich morgens dazu bringen aufzustehen," so Ivison weiter.

Die Spektren lieferten den Astronomen Informationen über das Rotationsverhalten der fernen Galaxie und sie konnten zudem ihre Masse abschätzen. Das Gas in der Galaxie scheint danach instabil zu sein, große Klumpen fallen in sich zusammen und dürften bald zu neuen gewaltigen Sternentstehungsregionen werden. Aus dem Modell über die Linsengalaxie ergibt sich zudem, dass sich in deren Inneren vermutlich ein supermassereiches Schwarzes Loch verbirgt, das die 200 bis 300-millionenfache Masse unserer Sonne aufweist.

Über die Beobachtungen soll in insgesamt acht Fachartikeln berichtet werden, die in Kürze erscheinen werden.

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siehe auch
ALMA: Staubige Strukturen in einer fernen Galaxie - 13. April 2015
Gravitationslinsen: Bester Blick auf entfernte Galaxienkollision - 27. August 2014
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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