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ALMA & APEX
Galaxienkollisionen im jungen Universum
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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27. April 2018

Mit den ALMA- und APEX-Radioteleskopen in Chile ist es Astronomen gelungen, zwei überraschend dichte Konzentrationen von Galaxien nachzuweisen, die gerade dabei sind, miteinander zu verschmelzen. Sie dürften damit die Kernzellen für die Entstehung von gigantischen Galaxienhaufen bilden - und dies deutlich früher, als es die Astronomen bislang erwartet hatten.

SPT2349-56

Künstlerische Darstellung der Anordnung von Galaxien in SPT2349-56. Bild: ESO / M. Kornmesser  [Großansicht]

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) und das Atacama Pathfinder Experiment (APEX) haben tief ins Universum geblickt und damit zurück in eine Zeit, als das Universum nur rund ein Zehntel seines heutigen Alters hatte. Dadurch wurden sie Zeugen der Entstehung einer gewaltigen Ansammlung von Materie durch Zusammenstöße von jungen Galaxien mit heftiger Sternentstehung. Die Astronomen hatten bisher angenommen, dass solche Ereignisse rund drei Milliarden Jahre nach dem Urknall erstmals stattgefunden haben. Die neuen Beobachtungen zeigen aber nun, dass sie sich auch schon ereigneten, als das Universum nur halb so alt war.

Aus solchen Galaxiensystemen, so die Theorie, entstehen die massereichsten Strukturen überhaupt im bekannten Universum, nämlich Galaxienhaufen. Zwei internationale Forscherteams, angeführt von Tim Miller von der Dalhousie-Universität in Kanada und der Yale-Universität in den USA, sowie Iván Oteo von der Universität von Edinburgh in Großbritannien haben ALMA und APEX dafür eingesetzt, überraschend dichte Konzentrationen von Galaxien nachzuweisen, die zwangläufig miteinander verschmelzen und dadurch die Keimzellen für die Entstehung von gigantischen Galaxienhaufen bilden werden.

Mit dem Blick über 90 Prozent des Wegs im beobachtbaren Universums, hat das erste Team einen entstehenden Galaxienhaufen mit der Bezeichnung SPT 2349-56 untersucht. Das Licht von diesem Objekt wurde ausgestrahlt, als das Universum nur ein Zehntel seines derzeitigen Alters hatte. Die einzelnen Galaxien in dieser dichten kosmischen Anhäufung und die Konzentration von heftiger Sternentstehung in einem solch eingegrenzten Bereich macht dieses Objekt zur aktivsten Region überhaupt, die jemals im frühen Universum beobachtet wurde. Insgesamt 15.000 Sterne werden dort in einem Jahr neu geboren, im Vergleich zu nur einem Stern, der in unserer Milchstraße jährlich neu entsteht.

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Die Wissenschaftler des Oteo-Teams haben durch die Kombination von Beobachtungen mit ALMA und APEX ein ähnliches Megafusions-Objekt gefunden, zusammengesetzt aus zehn staubreichen sternbildenden Galaxien. Sie gaben ihm den Spitznamen "Roter Staubkern", aufgrund der intensiven roten Farbe der Quelle. Die neu entstehenden Galaxienhaufen wurden zunächst als schwache (Radio-)Lichtflecken in Beobachtungen mit dem Südpol-Teleskop und dem Weltraumteleskop Herschel entdeckt. Die darauf folgenden Beobachtungen mit APEX und mit ALMA konnten dann zeigen, dass sie eine ungewöhnliche Struktur aufweisen und dass ihre Strahlung wesentlich älter ist als erwartet – sie stammt aus einer Zeit nur 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall.

Die neuen ALMA-Beobachtungen mit hoher Auflösung haben schließlich gezeigt, dass die beiden mit APEX und Herschel beobachteten "Lichtflecken" keine Einzelobjekte darstellen, sondern sich aus einmal 14 und einmal zehn sehr massereichen Galaxien zusammensetzen, jede davon mit einem Radius, der dem Abstand zwischen unserer Milchstraße und den benachbarten Magellanischen Wolken entspricht.

"Die Gesamtdauer des Sternentstehungsausbruchs in jeder der Galaxien ist kurz im Vergleich zur Zeitskala der Entwicklung zu einem Galaxienhaufen", erklärt Axel Weiß vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie. "Die Tatsache, dass wir so viele Galaxien in beiden Haufen gleichzeitig in dieser Starburst-Phase sehen, deutet entweder auf einen bisher unbekannten Mechanismus, der die Sternentstehungsaktivität über Hunderttausende von Lichtjahren hinweg anregt, oder aber auf die Existenz von Gasströmen aus dem ursprünglichen kosmischen Netz, die den Gasvorrat in diesen aktiven Galaxien jeweils wieder auffüllen."

"Die neuen Entdeckungen mit ALMA stellen nur die Spitze des Eisbergs dar. Zusätzliche Beobachtungen mit APEX haben schon gezeigt, dass die tatsächliche Anzahl dieser sternbildenden Galaxien sogar dreimal höher sein dürfte. Mit den zurzeit laufenden Beobachtungen mit dem MUSE-Instrument am ESO-VLT werden ebenso weitere Galaxien identifiziert", stellt Carlos De Breuck fest, ein Astronom der Europäischen Südsternwarte ESO.

Die momentanen theoretischen und numerischen Modelle lassen darauf schließen, dass derart massereiche Galaxienhaufen eine wesentlich längere Entwicklungszeit benötigen sollten. Mit den Beobachtungsdaten von ALMA mit seiner hervorragenden Winkelauflösung und Empfindlichkeit als Eingabeparameter für neue ausgefeilte Computersimulationen sind die Wissenschaftler nun in der Lage, die Entstehung von Galaxienhaufen weniger als anderthalb Milliarden Jahre nach dem Urknall zu erforschen.

"Wie diese Ansammlung von Galaxien so schnell gewachsen ist, bleibt ein Rätsel. Das ereignete sich nicht allmählich über Milliarden von Jahren, wie wir Astronomen vielleicht erwartet hätten. Unsere Entdeckung bietet eine hervorragende Gelegenheit, zu untersuchen, wie aus massereichen Galaxien diese gewaltigen Galaxienhaufen entstehen", betont Tim Miller, Doktorand an der Yale-Universität.

Über die Beobachtungen berichten die Astronomen in zwei Fachartikeln, die in Nature Astronomy und im The Astrophysical Journal erschienen sind.

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siehe auch
Galaxienhaufen: Der entfernteste voll entwickelte Galaxienhaufen - 9. März 2011
Links im WWW
Preprint des Fachartikel in Nature bei arXiv.org
Preprint des Fachartikel in The Astrophysical Journal bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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