Frühe Sternentstehung nach dem Urknall

 -  Aktuelles aus der Astronomie  - 
NASA, ESA, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), CLASH Team

In der Galaxie MACS1149-JD1 sind bereits 250 Millionen Jahre nach dem Urknall die ersten Sterne entstanden. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Astronomenteams mit der Radioteleskop-Anlage ALMA in Chile. Damit stellt die Galaxie einen neuen Rekord auf. Die Entdeckung zeige, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“, dass mit künftigen Großteleskopen wie dem James Webb Space Telescope eine direkte Beobachtung der ersten Sternentstehung im Kosmos möglich sein könnte.

„Die Suche nach den ersten Galaxien und die Erforschung ihres Einflusses auf das intergalaktische Medium in der Frühzeit des Kosmos zählt zu den fundamentalen Bestrebungen der heutigen Astronomie“, erläutern Takuya Hashimoto von der Osaka-Sangyo-Universität in Japan und seine Kollegen. Je weiter man sich dem Urknall annähere, desto wenige sternenbildende Galaxien finde man zwar. Doch auf die entscheidende Frage, wann die erste Sternentstehung eingesetzt hat, haben die Himmelsforscher bislang keine endgültige Antwort gefunden.

Hashimoto und seine Kollegen nutzten jetzt einerseits die Hilfe der Natur, andererseits die extreme Leistungsfähigkeit des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array ALMA, einer aus 66 Antennen bestehenden Radio-Teleskopanlage auf der Chajnantor-Hochebene in der chilenischen Atacama-Wüste. Denn die Galaxie MACS1149-JD1 befindet sich von der Erde aus gesehen genau hinter einem massereichen Galaxienhaufen. Mit seiner Schwerkraft wirkt er als Gravitationslinse und bündelt das Licht des fernen Sternsystems, dessen Strahlung dadurch 15-fach verstärkt wird. Und die Radioteleskope von ALMA machen es möglich, das Spektrum der so verstärkten Galaxie mit hoher Genauigkeit zu untersuchen.

Den Forschern gelang es, die Rotverschiebung von MACS1149-JD1 anhand von Emissionslinien des doppelt ionisierten Sauerstoffs zu 9,1096 zu bestimmen. Damit stellten die Forscher einen neuen Rekord für eine aus Spektrallinien bestimmte Rotverschiebung auf. Die Rotverschiebung beschreibt, wie stark die Wellenlänge des Lichts auf seiner Reise zur Erde durch die Expansion des Weltalls gestreckt wurde. Damit ist die Rotverschiebung zugleich ein Maß für die Entfernung der Galaxie – und für den Zeitpunkt, an dem die Strahlung ausgesendet wurde. Das Licht von MACS1149-JD1 benötigt demnach 13,24 Milliarden Jahre zur Erde. Entsprechend sehen die Astronomen die Galaxie so, wie sie vor 13,24 Milliarden Jahren ausgesehen hat, also 550 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Diese extrem genaue Bestimmung der Rotverschiebung ermöglichte es Hashimoto und seinen Kollegen aus der Farbe des Sternsystems – oder genauer: aus der spektralen Energieverteilung des Spektrums – Informationen über die Sterne in der Galaxie zu erhalten. „Die rote Farbe der Galaxie stammt hauptsächlich von Sternen, die bereits 250 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sein müssen“, so die Forscher. Auch das ist ein neuer Rekord. Nun hoffen Hashimoto und seine Kollegen, das Verfahren auch bei anderen Galaxien anzuwenden – und so zu zeigen, dass MACS1149-JD1 keine Ausnahmeerscheinung ist. 

Quelle: doi.org/10.1038/s41586-018-0117-z

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