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ALMA
Die Quellen des kosmischen Infrarothintergrunds
von Stefan Deiters
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15. März 2016

Mithilfe des Radioteleskopverbunds ALMA in der chilenischen Atacamawüste haben Astronomen die lichtschwächste Quelle im Millimeter-Wellenlängenbereich entdeckt, die jemals beobachtet wurde. Der Fund könnte helfen, das Rätsel um den kosmischen Infrarothintergrund zu lösen. Die Forscher sind sich sicher, dass er von solchen, mit ALMA aufgespürten Objekten stammt.

Galaxien

Vergleich einiger der mit ALMA entdeckten Galaxien (rote Konturen) mit Subaru-Beobachtungen. Bild: ALMA (ESO/ NAOJ / NRAO), NAOJ, Fujimoto et al. [Großansicht

Auch zwischen den Sternen und Galaxien, also von dort, wo eigentlich gar nichts zu sehen sein sollte, lässt sich mit empfindlichen Instrumenten eine schwache Strahlung empfangen. Diese "Hintergrundstrahlung" scheint aus allen Richtungen zu kommen und lässt sich in ganz verschiedenen Wellenlängen beobachten. So kennt man eine optische Hintergrundstrahlung, eine Mikrowellen-Hintergrundstrahlung sowie einen kosmischen Infrarothintergrund.

Zwei dieser drei Arten von Hintergrundstrahlung können Astronomen inzwischen erklären: Im Optischen stammt das schwache Glimmen von einer Vielzahl von Sternen und der Mikrowellenhintergrund geht von dem heißen Gas aus, das kurze Zeit nach dem Urknall existierte. Der Ursprung des Infrarothintergrunds allerdings ist bislang noch nicht vollständig geklärt. Zwar haben frühere Beobachtungen bereits Hinweise geliefert, doch fehlte bislang noch immer eine Erklärung für bis zu 50 Prozent der Hintergrundstrahlung im Infraroten.

Jetzt hat ein Wissenschaftlerteam um zwei Astronomen der Universität in Tokyo eine vielleicht entscheidende Entdeckung gemacht: Sie suchten nach Quellen der Infrarotstrahlung in den Datenarchiven des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). ALMA ist ein Verbund von Radioteleskopen in der chilenischen Atacamawüste und erlaubt detaillierte Beobachtungen im Millimeter- und Submillimeter-Bereich.

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Insgesamt wertete das Team Beobachtungen aus rund 900 Tagen aus. Die Forscher fahndeten nach besonders leuchtschwachen Quellen und nach Objekten, die durch den Gravitationslinseneffekt verstärkt und dadurch erst sichtbar wurden. "Der Ursprung des kosmischen Infrarothintergrunds ist ein seit langem bestehendes Rätsel über die Energie, die aus dem Universum kommt", so Seiji Fujimoto von der Universität in Tokio. "Wir haben es uns zur Aufgabe gemacht, dass gewaltige ALMA-Archiv zu durchforsten, um das fehlende Teil des Puzzles zu finden."

Dabei waren die Wissenschaftler offenbar erfolgreich: Sie entdeckten insgesamt 133 äußerst lichtschwache Objekte, darunter auch eines, das fünf Mal leuchtschwächer ist, als jedes andere bislang beobachtete Objekt. Die Analyse ergab schließlich, dass sich das gesamte Hintergrundleuchten im Infraroten durch die aufsummierte Helligkeit der Strahlung solcher Objekte erklären lassen sollte.

Doch um was handelt es sich bei diesen Objekten? Durch Vergleich der ALMA-Daten mit Beobachtungen des Weltraumteleskops Hubble und des Subaru-Teleskops stellten die Astronomen fest, dass es sich bei etwa 60 Prozent der Quellen um Galaxien handelt, die sich auch bei Beobachtungen im Optischen oder Infraroten erkennen lassen. Der Staub in diesen Galaxien sorgt dann für die Strahlung in längeren Wellenlängen, die sich mit ALMA beobachten lässt. 

"Um was es sich beim Rest handelt, wissen wir nicht", so Teammitglied Masami Ouchi von der Universität in Tokio. "Ich vermute, dass es von Staub verhüllte Galaxien sind. Da sie sehr dunkel sein müssen, dürften sie auch sehr massearm sein. Das bedeutet, dass diese kleinen Galaxien sehr viel Staub enthalten müssen, was im Widerspruch zu den bisherigen Annahmen steht, dass kleine Galaxien nur kleine Mengen an Staub enthalten. Unsere Ergebnisse könnten bedeuten, dass es noch viele unerwartete Objekte im entfernten Universum gibt. Wir hoffen, dass wir auch diese unentdeckten Quellen bei künftigen Beobachtungen mit ALMA aufspüren können."

Über ihre Untersuchung berichten die Astronomen in einem Fachartikel, der in den Astrophysical Journal Supplement Series erschienen ist.

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siehe auch
Spitzer: Das Leuchten heimatloser Sterne? - 26. Oktober 2012
Spitzer: Neuer Blick auf das erste Leuchten im All - 8. Juni 2012
Spitzer: Das Glimmen der ersten Sterne? - 19. Dezember 2006
Spitzer: Das Licht der ersten Sterne - 3. November 2005
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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