Bildnachweis: Hubble
Ein internationales Astronomenteam hat Beweise dafür gesammelt, dass sich nach dem Urknall sehr schnell Galaxien gebildet haben. Das Team fand einen Proto-Galaxienhaufen, der mehr als 12 Milliarden Lichtjahre entfernt ist – die Galaxien sind so jung, dass Astronomen sehen können, wie sich in ihnen Sterne bilden. Dies bedeutet, dass sie nur 1,5 Milliarden Jahre alt sind, eine Zeit, als das Universum nur 10 % seines heutigen Alters hatte. Es wird angenommen, dass sich diese Cluster so schnell gebildet haben, weil diese Gebiete unglaublich dicht mit Material waren.
Im Rückblick auf fast 9 Milliarden Jahre hat ein internationales Astronomenteam reife Galaxien in einem jungen Universum gefunden. Die Galaxien sind Mitglieder eines Galaxienhaufens, der existierte, als das Universum nur 5 Milliarden Jahre alt war oder etwa 35 Prozent seines heutigen Alters. Dieser zwingende Beweis dafür, dass sich Galaxien unmittelbar nach dem Urknall gebildet haben müssen, wurde durch Beobachtungen desselben Astronomenteams untermauert, als sie noch weiter in die Vergangenheit blickten. Das Team fand embryonale Galaxien nur 1,5 Milliarden Jahre nach der Geburt des Kosmos oder 10 Prozent des heutigen Alters des Universums. Die „Babygalaxien“ befinden sich in einem sich noch entwickelnden Haufen, dem am weitesten entfernten Proto-Cluster, der jemals gefunden wurde.
Die Advanced Camera for Surveys (ACS) an Bord des Hubble-Weltraumteleskops der NASA wurde verwendet, um den massiven Haufen RDCS 1252.9-2927 und den Proto-Cluster TN J1338-1942 zu beobachten. Beobachtungen des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA ergaben die Masse und den Gehalt an schweren Elementen von RDCS 1252, dem massereichsten bekannten Cluster für diese Epoche. Diese Beobachtungen sind Teil einer koordinierten Anstrengung des ACS-Wissenschaftsteams, die Bildung und Entwicklung von Galaxienhaufen über einen weiten kosmischen Zeitraum zu verfolgen. Das ACS wurde speziell für die Untersuchung so weit entfernter Objekte gebaut.
Diese Ergebnisse unterstützen weiterhin Beobachtungen und Theorien, dass sich Galaxien relativ früh in der Geschichte des Kosmos gebildet haben. Die Existenz solcher massiver Haufen im frühen Universum stimmt mit einem kosmologischen Modell überein, bei dem sich Haufen aus der Verschmelzung vieler Unterhaufen in einem von kalter dunkler Materie dominierten Universum bilden. Die genaue Natur der kalten dunklen Materie ist jedoch noch nicht bekannt.
Die erste Hubble-Studie schätzte, dass Galaxien in RDCS 1252 den Großteil ihrer Sterne vor mehr als 11 Milliarden Jahren bildeten (bei Rotverschiebungen von mehr als 3). Die Ergebnisse wurden in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 20. Oktober 2003 veröffentlicht. Der Hauptautor des Papiers ist John Blakeslee von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland.
Die zweite Hubble-Studie deckte zum ersten Mal einen Proto-Cluster von „Infant-Galaxien“ auf, der vor mehr als 12 Milliarden Jahren existierte (bei Rotverschiebung 4,1). Diese Galaxien sind so jung, dass Astronomen immer noch eine Flut von Sternen sehen können, die sich in ihnen bilden. Die Galaxien gruppieren sich um eine große Galaxie. Diese Ergebnisse werden in der Nature-Ausgabe vom 1. Januar 2004 veröffentlicht. Der Hauptautor des Artikels ist George Miley vom Leiden Observatory in den Niederlanden.
„Bis vor kurzem dachten die Leute nicht, dass Cluster existierten, als das Universum erst etwa 5 Milliarden Jahre alt war“, erklärte Blakeslee.
„Selbst wenn es solche Sternhaufen gäbe“, fügte Miley hinzu, „bis vor kurzem dachten Astronomen, es sei fast unmöglich, Sternhaufen zu finden, die vor 8 Milliarden Jahren existierten. Tatsächlich wusste niemand wirklich, wann die Clusterbildung begann. Jetzt können wir es miterleben.“
Beide Studien führten die Astronomen zu dem Schluss, dass diese Systeme die Vorläufer der heute sichtbaren Galaxienhaufen sind. „Der Cluster RDCS 1252 sieht aus wie ein heutiger Cluster“, sagte Marc Postman vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland und Co-Autor beider Forschungsarbeiten. „Tatsächlich wüsste man nicht, was welches ist, wenn man es neben einen heutigen Cluster stellen würde.“
Eine Geschichte von zwei Clustern
Wie können Galaxien nach dem Urknall so schnell wachsen? „Es geht darum, dass die Reichen reicher werden“, sagte Blakeslee. „Diese Haufen wuchsen schnell, weil sie sich in sehr dichten Regionen befinden, sodass genug Material vorhanden ist, um die Mitgliedsgalaxien sehr schnell aufzubauen.“
Diese Idee wird durch Röntgenbeobachtungen des massiven Haufens RDCS 1252 bestärkt. Chandra und XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation lieferten Astronomen die bisher genauesten Messungen der Eigenschaften einer riesigen Wolke aus heißem Gas, die den massiven Haufen durchdringt. Dieses 70-Millionen-Grad-Celsius-Gas ist ein Reservoir der meisten schweren Elemente im Cluster und ein genauer Indikator seiner Gesamtmasse. Ein Artikel von Piero Rosati von der European Southern Observatory (ESO) und Kollegen, der die Röntgenbeobachtungen von RDCS 1252 präsentiert, wird im Januar 2004 im Astronomical Journal veröffentlicht.
„Chandras scharfe Sicht löste die Form des Heißgas-Halos auf und zeigte, dass RDCS 1252 für sein Alter sehr ausgereift ist“, sagte Rosati, die den Haufen mit dem Röntgenteleskop ROSAT entdeckte.
RDCS 1252 kann viele tausend Galaxien enthalten. Die meisten dieser Galaxien sind jedoch zu schwach, um sie zu entdecken. Aber die mächtigen „Augen“ des ACS erkannten mehrere Hundert von ihnen. Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO lieferten eine präzise Messung der Entfernung zum Haufen. Das ACS ermöglichte es den Forschern, die Formen und Farben der 100 Galaxien genau zu bestimmen und lieferte Informationen über das Alter der darin befindlichen Sterne. Das ACS-Team schätzte, dass die meisten Sterne im Haufen bereits entstanden sind, als das Universum etwa 2 Milliarden Jahre alt war. Röntgenbeobachtungen zeigten außerdem, dass 5 Milliarden Jahre nach dem Urknall das umgebende heiße Gas mit schweren Elementen dieser Sterne angereichert und von den Galaxien weggeschwemmt wurde.
Wenn die meisten Galaxien in RDCS 1252 die Reife erreicht haben und ein ruhiges Erwachsenenalter erreichen, befinden sich die sich bildenden Galaxien im entfernten Proto-Cluster in ihrer energiegeladenen, widerspenstigen Jugend.
Der Proto-Cluster TN J1338 enthält eine massereiche embryonale Galaxie, die von kleineren sich entwickelnden Galaxien umgeben ist, die im Hubble-Bild wie Punkte aussehen.
Die dominierende Galaxie produziert spektakuläre radioemittierende Jets, die von einem supermassiven Schwarzen Loch tief im Kern der Galaxie angetrieben werden. Die Wechselwirkung zwischen diesen Jets und dem Gas kann einen Strom der Sternengeburt anregen.
Die Entdeckung der energiereichen Radiogalaxie durch Radioteleskope veranlasste Astronomen, nach den kleineren Galaxien zu suchen, die den Großteil des Haufens ausmachen.
„Massive Haufen sind die Städte des Universums, und die darin befindlichen Radiogalaxien sind die Schornsteine, mit denen wir sie finden können, wenn sie sich gerade erst zu bilden beginnen“, sagte Miley.
Die beiden Ergebnisse unterstreichen die Kraft der Kombination von Beobachtungen von vielen verschiedenen Teleskopen, die Ansichten des fernen Universums in einem Bereich von Wellenlängen ermöglichten. Die fortschrittliche Kamera von Hubble lieferte wichtige Informationen über die Struktur der beiden entfernten Galaxienhaufen. Chandras und XMM-Newtons Röntgensicht lieferte die wesentlichen Messungen des Urgases, in das die Galaxien in RDCS 1252 eingebettet sind, und genaue Schätzungen der Gesamtmasse in diesem Haufen. Große bodengestützte Teleskope wie das VLT lieferten genaue Messungen der Entfernung beider Haufen sowie der chemischen Zusammensetzung der Galaxien darin.
Das ACS-Team führt weitere Beobachtungen von entfernten Haufen durch, um unser Verständnis davon zu festigen, wie sich diese jungen Haufen und ihre Galaxien zu den heute sichtbaren Dingen entwickeln. Ihre geplanten Beobachtungen umfassen die Verwendung von Nahinfrarotbeobachtungen zur Analyse der Sternentstehungsraten in einigen der Zielcluster, einschließlich RDCS 1252, um die kosmische Geschichte der Sternentstehung in diesen massiven Strukturen zu messen. Das Team durchsucht außerdem die Regionen um mehrere ultraferne Radiogalaxien nach weiteren Beispielen für Proto-Cluster. Das ultimative wissenschaftliche Ziel des Teams ist es, ein vollständiges Bild der Clusterentwicklung zu erstellen, beginnend mit der Entstehung in den frühesten Epochen und detailliert die Entwicklung bis heute.
Originalquelle: Hubble-Pressemitteilung
