Eine Gruppe der neu entdeckten Galaxien durch die Lyman-Break-Technik. Bildnachweis: Astronomie & Astrophysik. klicken um zu vergrößern
Ein internationales Astronomenteam hat eine der detailliertesten Durchmusterungen der am weitesten entfernten Galaxien durchgeführt. Diese Galaxien sind so weit entfernt, dass wir sie so sehen, wie sie aussahen, als das Universum weniger als die Hälfte seines heutigen Alters war. Eine der großen Überraschungen dieser Umfrage; wie sehr diese jungen Galaxien jedoch mit den Strukturen übereinstimmen, die wir im aktuellen Universum sehen. Dies bedeutet, dass sich Galaxien wahrscheinlich viel früher als bisher angenommen durch Kollisionen und Verschmelzungen entwickelt haben.
Ein Team von Astronomen aus Frankreich, den USA, Japan und Korea unter der Leitung von Denis Burgarella hat kürzlich neue Galaxien im frühen Universum entdeckt. Sie wurden erstmals sowohl im nahen UV- als auch im fernen Infrarot nachgewiesen. Über ihre Ergebnisse wird in einer kommenden Ausgabe von Astronomy & Astrophysics berichtet. Diese Entdeckung ist ein neuer Schritt im Verständnis der Entwicklung von Galaxien.
Der Astronom Denis Burgarella (Observatoire Astronomique Marseille Provence, Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Frankreich) und seine Kollegen aus Frankreich, den USA, Japan und Korea haben vor kurzem erstmals die Entdeckung neuer Galaxien im frühen Universum bekannt gegeben im nahen UV und im fernen Infrarot. Diese Entdeckung führt zur ersten gründlichen Untersuchung früher Galaxien. Über die Entdeckung wird in einer kommenden Ausgabe von Astronomy & Astrophysics berichtet.
Das Wissen um frühe Galaxien hat in den letzten zehn Jahren große Fortschritte gemacht. Seit Ende 1995 wenden Astronomen eine neue Technik an, die als „Lyman-Break-Technik“ bekannt ist. Mit dieser Technik können sehr weit entfernte Galaxien nachgewiesen werden. Sie werden so gesehen, wie sie waren, als das Universum noch viel jünger war, und geben so Hinweise darauf, wie sich Galaxien gebildet und entwickelt haben. Die Lyman-Break-Technik hat die Grenze der Durchmusterung von entfernten Galaxien weiter bis zur Rotverschiebung z=6-7 (das sind etwa 5% des gegenwärtigen Alters des Universums) verschoben. In der Astronomie bezeichnet die Rotverschiebung die Verschiebung einer Lichtwelle aus einer Galaxie, die sich von der Erde entfernt. Die Lichtwelle wird zu längeren Wellenlängen verschoben, dh zum roten Ende des Spektrums. Je höher die Rotverschiebung einer Galaxie ist, desto weiter ist sie von uns entfernt.
Die Lyman-Break-Technik basiert auf dem charakteristischen „Verschwinden“ entfernter Galaxien, das in den fernen UV-Wellenlängen beobachtet wird. Da das Licht einer weit entfernten Galaxie von Wasserstoff bei 0,912 nm fast vollständig absorbiert wird (aufgrund der Absorptionslinien von Wasserstoff, die der Physiker Theodore Lyman entdeckt hat), „verschwindet“ die Galaxie im fernen Ultraviolettfilter. Abbildung 2 veranschaulicht das ?Verschwinden? der Galaxie im fernen UV-Filter. Die Lyman-Diskontinuität sollte theoretisch bei 0,912 nm auftreten. Photonen mit kürzeren Wellenlängen werden von Wasserstoff um Sterne oder innerhalb der beobachteten Galaxien absorbiert. Bei Galaxien mit hoher Rotverschiebung ist die Lyman-Diskontinuität rotverschoben, sodass sie bei einer längeren Wellenlänge auftritt und von der Erde aus beobachtet werden kann. Aus bodengestützten Beobachtungen können Astronomen derzeit Galaxien mit einem Rotverschiebungsbereich von z~3 bis z~6 erkennen. Allerdings ist es nach ihrer Entdeckung immer noch sehr schwierig, zusätzliche Informationen über diese Galaxien zu erhalten, da sie sehr lichtschwach sind.
Denis Burgarella und seinem Team ist es erstmals gelungen, mit der Lyman-Break-Technik weniger weit entfernte Galaxien zu entdecken. Das Team sammelte Daten unterschiedlicher Herkunft: UV-Daten des NASA-Satelliten GALEX, Infrarotdaten des SPITZER-Satelliten und Daten im sichtbaren Bereich an ESO-Teleskopen. Aus diesen Daten wählten sie etwa 300 Galaxien aus, die ein Verschwinden im fernen UV zeigten. Diese Galaxien haben eine Rotverschiebung im Bereich von 0,9 bis 1,3, dh sie werden zu einem Zeitpunkt beobachtet, als das Universum weniger als die Hälfte seines heutigen Alters hatte. Dies ist das erste Mal, dass eine große Stichprobe von Lyman-Bruch-Galaxien bei z~1 entdeckt wird. Da diese Galaxien weniger weit entfernt sind als die bisher beobachteten Proben, sind sie auch heller und bei allen Wellenlängen leichter zu untersuchen, was eine tiefe Analyse von UV bis Infrarot ermöglicht.
Frühere Beobachtungen entfernter Galaxien haben zur Entdeckung von zwei Galaxienklassen geführt, von denen eine Galaxien umfasst, die Licht im nahen UV- und sichtbaren Wellenlängenbereich emittieren. Der andere Galaxientyp emittiert Licht im Infrarot- (IR) und Submillimeterbereich. Die UV-Galaxien wurden im Infrarotbereich nicht beobachtet, während IR-Galaxien im UV-Bereich nicht beobachtet wurden. Es war daher schwer zu erklären, wie sich solche Galaxien zu heutigen Galaxien entwickeln konnten, die Licht aller Wellenlängen emittieren. Denis Burgarella und seine Kollegen sind mit ihrer Arbeit einen Schritt zur Lösung dieses Problems gegangen. Bei der Beobachtung ihrer neuen Probe von z~1-Galaxien stellten sie fest, dass etwa 40% dieser Galaxien auch Licht im Infrarotbereich emittieren. Dies ist das erste Mal, dass eine signifikante Anzahl entfernter Galaxien sowohl im UV- als auch im IR-Wellenlängenbereich beobachtet wurde, die die Eigenschaften beider Haupttypen enthalten.
Aus ihren Beobachtungen dieser Probe leitete das Team auch verschiedene Informationen über diese Galaxien ab. Durch die Kombination von UV- und Infrarotmessungen ist es erstmals möglich, die Entstehungsrate von Sternen in diesen fernen Galaxien zu bestimmen. Sterne bilden sich dort sehr aktiv, mit einer Rate von einigen hundert bis tausend Sternen pro Jahr (in unserer Galaxie entstehen derzeit nur wenige Sterne pro Jahr). Das Team untersuchte auch ihre Morphologie und zeigte, dass die meisten von ihnen Spiralgalaxien sind. Bisher wurde angenommen, dass ferne Galaxien hauptsächlich wechselwirkende Galaxien mit unregelmäßigen und komplexen Formen sind. Denis Burgarella und seine Kollegen haben nun gezeigt, dass die Galaxien in ihrer Probe, die gesehen wurden, als das Universum etwa 40% seines aktuellen Alters hatte, regelmäßige Formen haben, ähnlich wie heutige Galaxien wie unsere. Sie bringen ein neues Element in unser Verständnis der Entwicklung der Galaxien.
Originalquelle: Pressemitteilung zu Astronomie und Astrophysik