Astronomen stellen einen neuen Rekord auf und finden die am weitesten entfernte Galaxie. Sein Licht hat 13,4 Milliarden Jahre gebraucht, um uns zu erreichen

Seit jeher haben Philosophen und Gelehrte über den Beginn der Zeit nachgedacht und sogar versucht zu bestimmen, wann alles begann. Erst im Zeitalter der modernen Astronomie konnten wir diese Frage mit einiger Sicherheit beantworten. Nach den am weitesten verbreiteten kosmologischen Modellen begann das Universum mit dem Knall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren.

Trotzdem sind sich Astronomen immer noch unsicher, wie das frühe Universum aussah, da diese Zeit mit dem kosmischen „Dunklen Zeitalter“ zusammenfiel. Daher stoßen Astronomen immer wieder an die Grenzen ihrer Instrumente, um zu sehen, wann sich die frühesten Galaxien gebildet haben. Dank neuer Forschungen eines internationalen Astronomenteams ist die älteste und am weitesten entfernte Galaxie bisher in unserem Universum beobachtete (GN-z11) wurde identifiziert!

Das Team, dessen Forschung kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Naturastronomie ,wurde von Linhua Jiang vom Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics und Prof. Nobunari Kashikawa von der University of Tokyo geleitet. Zu ihnen gesellten sich Forscher der Observatorien der Carnegie Institution for Science , das Steward-Observatorium , das Genfer Observatorium , Universität Peking und Universität Tokio.

Einfach ausgedrückt begann das kosmische Dunkle Zeitalter etwa 370.000 Jahre nach dem Urknall und dauerte weitere 1 Milliarde Jahre an. Als Lichtquelle dienten zu diesem Zeitpunkt entweder nur die zuvor freigesetzten Photonen – die heute noch als Kosmischer Mikrowellen-Hintergrund (CMB) – und solche, die von neutralen Wasserstoffatomen freigesetzt werden. Das Licht dieser Photonen wird durch die Ausdehnung des Universums so verschoben, dass sie für uns heute unsichtbar sind.

Dieser Effekt ist als „Rotverschiebung“ bekannt, bei dem die Wellenlänge des Lichts verlängert wird (oder in Richtung des roten Endes des Spektrums „verschoben“) wird, während es den sich ständig ausdehnenden Kosmos auf dem Weg zu uns durchquert. Bei Objekten, die sich unserer Galaxie nähern, ist der Effekt umgekehrt, wobei sich die Wellenlänge verkürzt und in Richtung des blauen Endes des Spektrums verschiebt (auch bekannt als „Blauverschiebung“).

Seit fast einem Jahrhundert nutzen Astronomen diese Effekte, um die Entfernung von Galaxien und die Expansionsgeschwindigkeit des Universums zu bestimmen. In diesem Fall verwendete das Forschungsteam die Keck I Teleskop in Maunakea, Hawaii, um die Rotverschiebung von GN-z11 zu messen, um seine Entfernung zu bestimmen. Die Ergebnisse, die sie erhielten, zeigten, dass es sich um die am weitesten entfernte (und älteste) jemals beobachtete Galaxie handelt. Wie Kashikawa in einer Universität von Tokio erklärte Pressemitteilung :

„Aus früheren Studien scheint die Galaxie GN-z11 mit 13,4 Milliarden Lichtjahren oder 134 Nichtmillionen Kilometern (das sind 134 gefolgt von 30 Nullen) die am weitesten von uns nachweisbare Galaxie zu sein. Aber eine solche Entfernung zu messen und zu überprüfen ist keine leichte Aufgabe.“

Die am weitesten entfernte Galaxie des Universums und ihre im Infraroten beobachteten Kohlenstoffemissionslinien. Credit und ©: Kashikawa et al.

Konkret untersuchte das Team die Kohlenstoffemissionslinien von GN-z11, die beim Verlassen der Galaxie im ultravioletten Bereich lagen und um den Faktor 10 – ins Infrarote (0,2 Mikrometer) – verschoben waren, als sie die Erde erreichten. Diese Rotverschiebung weist darauf hin, dass diese Galaxie vor etwa 13,4 Milliarden Jahren existierte – auch bekannt als. nur 400 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Bei dieser Entfernung ist GN-z11 so weit entfernt, dass es die Grenze des beobachtbaren Universums selbst definiert! Während diese Galaxie in der Vergangenheit beobachtet wurde (von Hubble ) erforderte das Auflösungsvermögen und die spektroskopischen Fähigkeiten des Keck-Observatoriums genaue Messungen. Dies wurde im Rahmen der Multi-Objekt-Spektrograph für Infrarot-Exploration (MOSFIRE)-Untersuchung, die die Emissionslinien von GN-z11 im Detail erfasste.

Dadurch konnte das Team Entfernungsschätzungen für diese Galaxie erstellen, die gegenüber allen zuvor durchgeführten Messungen um den Faktor 100 verbessert wurden. Genannt Kashikawa:

„Das Hubble-Weltraumteleskop hat die Signatur mehrmals im Spektrum von GN-z11 entdeckt. Jedoch kann selbst der Hubble ultraviolette Emissionslinien nicht in dem Maße auflösen, wie wir es brauchten. Also wandten wir uns einem moderneren bodengestützten Spektrographen zu, einem Instrument zur Messung von Emissionslinien namens MOSFIRE, das am Keck-I-Teleskop auf Hawaii montiert ist.“

Ein Diagramm der Entwicklung des beobachtbaren Universums. Bildnachweis: NASA/WMAP-Wissenschaftsteam

Wenn nachfolgende Beobachtungen die Ergebnisse dieser neuesten Studie bestätigen können, können die Astronomen mit Sicherheit sagen, dass GN-z11 die am weitesten entfernte jemals beobachtete Galaxie ist. Durch die Untersuchung von Objekten wie diesem hoffen Astronomen, Licht in eine Periode der kosmischen Geschichte zu bringen, als das Universum nur wenige hundert Millionen Jahre alt war.

Diese Periode fällt mit der Entstehung des Universums aus dem „dunklen Zeitalter“ zusammen, als sich die ersten Sterne und Galaxien bildeten und das frühe Universum mit sichtbarem Licht füllten. Durch ihre Untersuchung hoffen Astronomen, mehr über die spätere Entwicklung der großräumigen Strukturen des Universums zu erfahren. Unterstützt wird dies durch Teleskope der nächsten Generation wie dasJames Webb Weltraumteleskop(JWST) – geplanter Start am 31. Oktober^NS, 2021.

Diese Instrumente werden es Astronomen sogar ermöglichen, das „dunkle Zeitalter“ selbst zu studieren, eine Zeit, in der das einzige Nicht-CMB-Licht die Spinlinie von neutralem Wasserstoff war – in der weiten Mikrowellenwellenlänge (21 cm). In der Lage zu sein, die Anfänge des Universums selbst zu erforschen und zu beobachten, wie sich die ersten Sterne und Galaxien bilden. Was für eine aufregende Zeit das wird!

Die Beobachtungen, die diese Forschung ermöglichten, wurden im Rahmen des Zeitaustauschprogramms zwischen dem Keck-Observatorium und dem Subaru-Teleskop auf Maunakea, Hawaii.

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