Frühe Galaxie aus dem kosmischen "dunklen Zeitalter"

Im großen Bild links dominieren die vielen Galaxien eines massiven Clusters namens MACS J1149 + 2223 die Szene. Oben rechts zeigt ein teilweises Vergrößern MACS 1149-JD detaillierter, und unten rechts wird ein tieferer Zoom angezeigt. Bildnachweis: NASA / ESA / STScI / JHU

Schauen Sie sich den pixeligen roten Fleck unten rechts im Bild genauer an, da er möglicherweise das älteste ist, was die Menschheit jemals gesehen hat. Dies ist eine Galaxie aus den frühen Tagen des Universums, und das Licht der Urgalaxie reiste ungefähr 13,2 Milliarden Lichtjahre, bevor es die Spitzer- und Hubble-Weltraumteleskope erreichte. Die Teleskope – und die Astronomen, die sie verwendeten – hatten ein wenig Hilfe von einem Gravitationslinseneffekt, um ein so schwaches und entferntes Objekt sehen zu können, das vor langer Zeit leuchtete, als unser Universum erst 500 Millionen Jahre alt war.

"Diese Galaxie ist das am weitesten entfernte Objekt, das wir jemals mit großer Sicherheit beobachtet haben", sagte Wei Zheng, ein leitender Wissenschaftler am Institut für Physik und Astronomie der Johns Hopkins University in Baltimore, der Hauptautor eines neuen Artikels in Nature ist. "Zukünftige Arbeiten mit dieser und anderen ähnlichen Galaxien, die wir hoffentlich finden werden, werden es uns ermöglichen, die frühesten Objekte des Universums und das Ende des dunklen Zeitalters zu untersuchen."

Diese alte und ferne Galaxie stammt aus einer wichtigen Zeit in der Geschichte des Universums – eine, über die Astronomen wenig wissen -, dem frühen Teil der Epoche der Reionisierung, als sich das Universum aus dem sogenannten kosmischen dunklen Zeitalter zu bewegen begann. Während dieser Zeit wandelte sich das Universum von einer dunklen, sternenlosen Weite zu einem erkennbaren Kosmos voller Galaxien. Die Entdeckung der schwachen, kleinen Galaxie öffnet ein Fenster zu den tiefsten, entferntesten Epochen der kosmischen Geschichte.

"Im Wesentlichen gingen während der Epoche der Reionisierung die Lichter im Universum an", sagte der Co-Autor des Papiers, Leonidas Moustakas, von JPL.

Da bei dieser Beobachtung sowohl das Hubble- als auch das Spitzer-Teleskop verwendet wurden, wurde diese neu entdeckte Galaxie mit dem Namen MACS 1149-JD in fünf verschiedenen Wellenbereichen abgebildet. Im Rahmen der Cluster-Linsen- und Supernova-Umfrage mit dem Hubble-Programm registrierte das Hubble-Weltraumteleskop die neu beschriebene, weit entfernte Galaxie in vier sichtbaren und infraroten Wellenlängenbändern. Spitzer maß es in einem fünften Infrarotband mit längerer Wellenlänge und legte die Entdeckung auf festeren Boden.

Objekte in diesen extremen Entfernungen liegen größtenteils außerhalb der Erkennungsempfindlichkeit der heutigen größten Teleskope. Um diese frühen, fernen Galaxien zu sehen, verlassen sich Astronomen auf Gravitationslinsen, bei denen die Schwerkraft von Vordergrundobjekten das Licht von Hintergrundobjekten verzerrt und vergrößert. Ein massiver Galaxienhaufen zwischen unserer Galaxie und MACS 1149-JD vergrößerte das Licht der neu entdeckten Galaxie, erhellte das entfernte Objekt etwa 15 Mal und brachte es in Sicht.

Astronomen verwenden Rotverschiebung, um kosmische Entfernungen zu beschreiben, und die alte, aber neu gefundene Galaxie hat eine Rotverschiebung von 9,6. Der Begriff Rotverschiebung bezieht sich darauf, wie stark sich das Licht eines Objekts infolge der Expansion des Universums in längere Wellenlängen verschoben hat.

Basierend auf den Beobachtungen von Hubble und Spitzer glauben Astronomen, dass die entfernte Galaxie bei ihrer Betrachtung weniger als 200 Millionen Jahre alt war. Es ist auch klein und kompakt und enthält nur etwa 1 Prozent der Masse der Milchstraße. Nach führenden kosmologischen Theorien hätten die ersten Galaxien tatsächlich winzig anfangen sollen. Sie verschmolzen dann nach und nach und sammelten sich schließlich in den großen Galaxien des moderneren Universums.

Die Epoche der Reionisierung bezieht sich auf die Zeit in der Geschichte des Universums, in der das überwiegend neutrale intergalaktische Medium durch die Entstehung der ersten Lichtquellen ionisiert wurde und diese ersten Galaxien wahrscheinlich die dominierende Rolle bei der Beleuchtung des Universums spielten. Durch das Studium der Reionisierung können Astronomen den Prozess der Strukturbildung im Universum kennenlernen und die evolutionären Zusammenhänge zwischen der Verteilung der glatten Materie in frühen Zeiten, die durch Hintergrundstudien mit kosmischen Mikrowellen aufgedeckt wurde, und dem hochstrukturierten Universum von Galaxien und Galaxienhaufen bei Rotverschiebungen finden von 6 und darunter.

Diese Epoche begann ungefähr 400.000 Jahre nach dem Urknall, als sich aus kühlenden Partikeln neutrales Wasserstoffgas bildete. Einige hundert Millionen Jahre später entstanden die ersten leuchtenden Sterne und ihre Wirtsgalaxien. Es wird angenommen, dass die von diesen frühesten Galaxien freigesetzte Energie dazu geführt hat, dass der im gesamten Universum verstreute neutrale Wasserstoff einen Zustand ionisiert oder ein Elektron verliert, in dem sich das Gas seit dieser Zeit befindet.

Quelle: JPL

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