Freitag, 15. März 2013

ALMA findet mehr erste Sterne und fernes Wasser


Quartett ferner Galaxien: In diesen Bildern sind ALMA-Daten (rot) mit Bildinformationen des Weltraumteleskops Hubble kombiniert. Sie zeigen die fernen Hintergrundgalaxien, die vom Gravitationslinseneffekt verzerrt werden. Ursache dieser Verzerrungen sind Vordergrundgalaxien (Hubble-Daten, blau). Die Hintergrundgalaxien werden zu Lichtbögen verzogen, welche die Vordergrundgalaxien umgeben. (Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.)
| Copyright: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), Y. Hezaveh et al.
 

Bonn (Deutschland) - Neuste Beobachtungen mit der erst am vergangenen Mittwoch eingeweihten Teleskopanlage “Atacama Large Millimeter/submillimeter Array” (ALMA) offenbaren dass die heftigsten Sternentstehungsausbrüche im Universum bereits wesentlich früher stattfanden als bislang angenommen.

Wie Wissenschaftler um Axel Weiß vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie aktuell in einer ganzen Reihe von Fachartikeln im "Astrophysical Journal" und "Nature" berichten, konnte unter anderem auch der Nachweis von Wasser in der bis jetzt größten bekannten Entfernung im Kosmos erbracht werden.

"Die heftigsten Sternentstehungsausbrüche in sehr massereichen, hellen Galaxien sind vermutlich bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt im Universum aufgetreten", so die ESO-Pressemitteilung. "Während eines solchen Ausbruchs, der als 'Starburst' bezeichnet wird, setzen Galaxien mit hoher Geschwindigkeit gewaltige Mengen von kosmischem Gas und Staub in neue Sterne um. Dieser Prozess erfolgt viele hundert mal schneller als in normalen Galaxien wie zum Beispiel unserer Milchstraße." Ein Blick weit hinaus in die Tiefen des Universums und gleichzeitig auch weit zurück in dessen Vergangenheit erfasst damit Galaxien, deren Licht viele Milliarden Jahre unterwegs ist, ehe es die Erde erreicht. Auf diese Weise erhalten die Astronomen Einblick in die stürmische Jugendphase des Universums.

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"Je weiter so eine Galaxie entfernt ist, desto weiter schauen wir zurück in die Vergangenheit", erläutert Joaquin Vieira vom California Institute of Technology in den USA, der Leiter des Forschungsprojekts und Erstautor der Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature. "Damit können wir eine Zeitleiste zusammenfügen, die uns zeigt, mit welcher Heftigkeit das Universum im Verlaufe seiner inzwischen fast 14 Milliarden Jahre dauernden Geschichte neue Sterne gebildet hat."

Diese Zusammenstellung fünf verschiedener ferner Galaxien kombiniert ALMA-Daten mit Bildinformationen vom NASA/ESA Hubble Space Telescope. Die ALMA-Daten, dargestellt in rot, zeigen die fernen Hintergrundgalaxien, die vom Gravitationslinseneffekt verzerrt werden. Verursacher der Verzerrungen sind die Vordergrundgalaxien, die anhand der Hubble-Daten in blau erkennbar sind. Die Hintergrundgalaxien werden zu Lichtbögen verzogen, die die Vordergrundgalaxien umgeben. (Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.) | Copyright: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), J. Vieira et al.

Das international besetzte Wissenschaftlerteam hatte diese weit entfernten, rätselhaften Galaxien mit starker Sternentstehung zunächst mit dem South Pole Telescope (SPT) entdeckt, einem 10-Meter-Radioteleskop der US-amerikanischen National Science Foundation am Südpol. Anschließend hatten die Forscher detaillierte Beobachtungen mit ALMA durchgeführt, um die hohe Geburtenrate von Sternen im frühen Universum eingehend zu erforschen.

Die Astronomen waren überrascht, als sie herausfanden, dass viele dieser staubreichen Galaxien mit hoher Sternentstehungsrate in noch größerer Entfernung stehen als erwartet. "Das bedeutet, dass die heftigsten Sternentstehungsausbrüche im Durchschnitt vor 12 Milliarden Jahren stattgefunden haben, als das Universum noch keine 2 Milliarden Jahre alt war - eine volle Milliarde Jahre früher als ursprünglich angenommen."

Zwei der beobachteten Galaxien sind die am weitesten entfernten Vertreter ihrer Art und tatsächlich so weit weg, dass die heute von ihnen beobachtete Strahlung ihre Reise begann, als das Universum noch keine Milliarde Jahre alt war. Darüber hinaus wurde in einer dieser rekordverdächtigen Galaxien Wassermoleküle nachgewiesen: das entfernteste Wasser im Universum, das bis dato beobachtet und veröffentlicht wurde.


Die Wissenschaftler haben die einzigartige Empfindlichkeit von ALMA dazu eingesetzt, die Signale von 26 dieser Galaxien bei einer Wellenlänge von 3 Millimetern zu erfassen. Die Strahlung wird von Gasmolekülen in den Galaxien bei ganz bestimmten charakteristischen Wellenlängen hervorgerufen. Während der Milliarden von Jahren, die das Signal unterwegs ist, ehe es uns hier auf der Erde erreicht, werden die Wellenlängen durch die Expansion des Universums auseinandergezogen: die sogenannte kosmische Rotverschiebung. Durch die Messung der rotverschobenen Wellenlängen können die Astronomen berechnen, wie lange die Strahlung unterwegs war, und dadurch jeder Galaxie ihren richtigen Platz in der Geschichte des Universums zuweisen.



Diese schematische Darstellung zeigt, wie der Lichtweg einer fernen Galaxie im Schwerefeld einer näher gelegenen Vordergrundgalaxie verändert wird, die als Linse fungiert und so die ferne Galaxie heller, aber verzerrt aussehen lässt. Dabei entstehen charakteristische ringförmige Strukturen, die man als Einsteinringe bezeichnet.
| Copyright: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.


Die Analyse der durch die Gravitationslinsen hervorgerufenen Verzerrungen (s. Abb.) hat ergeben, dass einige der fernen Starburstgalaxien bis zu 40 Billionen (40 Millionen Millionen) mal so hell sind, wie unsere Sonne. Hinzu kommt ein Verstärkungseffekt um einen Faktor von bis zu 22.


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"Die Empfindlichkeit von ALMA und der große Wellenlängenbereich, den wir gleichzeitig erfassen können, bedeutet für uns, dass wir für jede Galaxie nur wenige Minuten Messzeit benötigen - das ist einhundert mal schneller als vorher überhaupt möglich“, erklärt Axel Weiß. 

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Quelle: ESO
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