In den Submillimeter: Die Entstehung des frühen Universums

Um unser Universum zu verstehen, müssen Astronomen hart arbeiten und die Beobachtungstechnologie an ihre Grenzen bringen. Ein Teil dieser harten Arbeit dreht sich um das, was man . nennt Submillimeter-Galaxien (SMGs.) SMGs sind Galaxien, die nur im Submillimeterbereich des elektromagnetischen Spektrums beobachtet werden können.

Der Sub-Millimeter-Bereich ist der Wellenbereich zwischen dem Ferninfrarot- und Mikrowellen-Wellenbereich. (Es heißt auch Terahertz-Strahlung .) Wir haben erst seit ein paar Jahrzehnten die Möglichkeit, im Submillimeterbereich zu beobachten. Wir haben auch die Winkelauflösung von Teleskopen erhöht, was uns hilft, separate Objekte zu erkennen.

Die Submillimeter-Wellenlänge wird auch Terahertz-Strahlung genannt und liegt im Spektrum zwischen Infrarot- und Mikrowellenstrahlung. Bild: Von Tatoute, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6884073

SMGs selbst sind in anderen Wellenlängen schwach, weil sie von Staub verdeckt werden. Das optische Licht wird durch den Staub blockiert und im Submillimeterbereich absorbiert und wieder emittiert. Im Submillimeterbereich sind SMGs sehr leuchtstark; Billionen Mal leuchtender als die Sonne.

Dies liegt daran, dass es sich um äußerst aktive Sternentstehungsregionen handelt. SMGs bilden Sterne mit einer hundertmal höheren Geschwindigkeit als die Milchstraße. Sie sind auch im Allgemeinen ältere, weiter entfernte Galaxien, also sind sie rotverschoben . Ihr Studium hilft uns, die Galaxien- und Sternentstehung im frühen Universum zu verstehen.

ALMA ist eine Reihe von Gerichten in der Atacama-Wüste in Chile. Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), O. Dessibourg

ZU neue Studie , geleitet von James Simpson von der University of Edinburgh und der Durham University, hat 52 dieser Galaxien untersucht. In der Vergangenheit war es schwierig, den genauen Standort von SMGs zu kennen. In dieser Studie verließ sich das Team auf die Kraft der Atacama Large Millimeter/Submillimeter-Array (ALMA), um eine viel genauere Messung ihres Standorts zu erhalten. Diese 52 Galaxien wurden zuerst von den Submillimeter-Common-User-Bolometer-Array (SCUBA-2) in der UKIDSS Ultra Deep Survey.

Es gibt vier Hauptergebnisse der Studie:

1. 48 der SMGs haben keine Linse, was bedeutet, dass sich kein Objekt mit ausreichender Masse zwischen uns und ihnen befindet, um ihr Licht zu verzerren. Von diesen konnte das Team die Rotverschiebung (z) für 35 von ihnen auf einen Medianbereich von z-2,65 beschränken. Bei solchen extragalaktischen Beobachtungen gilt: Je höher die Rotverschiebung, desto weiter entfernt ist das Objekt. (Zum Vergleich: Das höchste uns bekannte Rotverschiebungsobjekt ist eine Galaxie namens GN-z11 mit z=11.1, was etwa 400 Millionen Jahren nach dem Urknall entspricht.
2. Eine andere Art von Galaxie, die Ultraleuchtende Infrarot-Galaxie (ULIRG) galten als weiterentwickelte Versionen von SMGs. Diese Studie zeigte jedoch, dass SMGs größer und kühler sind als ULIRGs, was bedeutet, dass eine evolutionäre Verbindung zwischen den beiden unwahrscheinlich ist.
3. Das Team berechnete Schätzungen der Staubmasse in diesen Galaxien. Ihre Schätzungen deuten darauf hin, dass effektiv das gesamte optische Licht bis zum nahen Infrarot von den am selben Ort befindlichen Sternen durch Staub verdeckt wird. Sie kommen zu dem Schluss, dass eine in der Astronomie übliche Methode zur Charakterisierung astronomischer Lichtquellen, die sogenannte Spectral Energy Distribution (SED), bei SMGs möglicherweise nicht zuverlässig ist.
4. Das vierte Ergebnis bezieht sich auf die Entwicklung von Galaxien. Laut ihrer Analyse erscheint es unwahrscheinlich, dass sich SMGs zu Spiral- oder Linsengalaxien entwickeln können (eine Linsengalaxie liegt auf halbem Weg zwischen einer Spiral- und einer elliptischen Galaxie). Vielmehr scheint es, dass SMGs die Vorläufer elliptischer Galaxien sind.

Die Pinwheel-Galaxie (M101, NGC 5457) ist ein beeindruckendes Beispiel für eine Spiralgalaxie. Diese Studie stellt fest, dass es wahrscheinlich keine evolutionäre Verbindung zwischen Sub-Millimeter-Galaxien und Spiralgalaxien gibt. Bild: Europäische Weltraumorganisation & NASA. CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=36216331

Diese Studie war eine Pilotstudie, die das Team in Zukunft auf viele andere SMGs ausweiten möchte.