Es scheint, dass alle paar Monate oder so eine neue Entdeckung einer neuen „fernsten Galaxie, die jemals gefunden wurde“ kommt. Es ist nicht verwunderlich, dass mit so erstaunlicher Häufigkeit neue Maßstäbe gesetzt werden, während unsere Teleskope besser werden und Astronomen ihre Techniken zur Beobachtung weit entfernter und alter Objekte verfeinern. Dieses neueste „am weitesten entfernte“ ist insofern ziemlich interessant, als es durch die Kombination von Beobachtungen von zwei Weltraumteleskopen – Hubble und Spitzer – sowie durch die Verwendung massereicher Galaxienhaufen als Gravitationslinsen gefunden wurde, um die entfernte Galaxie dahinter zu vergrößern. Es ist auch extrem klein und zu dem Zeitpunkt, als wir es sehen, möglicherweise noch nicht einmal eine voll entwickelte Galaxie.
Während diese Galaxie mit dem Namen MACS0647-JD auf den neuen Bildern als winziger Klecks erscheint, bieten Astronomen einen Blick zurück in eine Zeit, in der das Universum nur 3 Prozent seines heutigen Alters von 13,7 Milliarden Jahren hatte. Diese neu entdeckte Galaxie wurde 420 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet, und ihr Licht hat 13,3 Milliarden Jahre zurückgelegt, um die Erde zu erreichen.
„Dieses Objekt könnte einer von vielen Bausteinen einer Galaxie sein“, sagte Dan Coe vom Space Telescope Science Institute, Hauptautor eines neuen Artikels über die Beobachtungen. „In den nächsten 13 Milliarden Jahren kann es Dutzende, Hunderte oder sogar Tausende von Verschmelzungsereignissen mit anderen Galaxien und Galaxienfragmenten geben.“
Die Entdeckung stammt aus dem Cluster Lensing And Supernova Survey with Hubble (CLASH), einem Programm, das die Leistungsfähigkeit von Weltraumteleskopen mit dem natürlichen Zoom der Gravitationslinsen kombiniert, um weit entfernte Galaxien im frühen Universum aufzudecken. Beobachtungen mit Spitzers Infrarotaugen ermöglichten die Bestätigung dieses Objekts.
Das Licht von MACS0647-JD wurde von einem massiven Galaxienhaufen namens MACS J0647+7015 vergrößert, und ohne die Vergrößerungskraft des Haufens hätten Astronomen die entfernte Galaxie nicht gesehen. Aufgrund des Gravitationslinseneffekts konnte das CLASH-Forschungsteam mit dem Hubble-Teleskop drei vergrößerte Bilder von MACS0647-JD beobachten. Die Schwerkraft des Haufens verstärkte das Licht der weit entfernten Galaxie, wodurch die Bilder etwa acht-, sieben- und zweimal heller erscheinen als sonst, was es Astronomen ermöglichte, die Galaxie effizienter und zuverlässiger zu entdecken.
„Dieser Cluster tut, was kein künstliches Teleskop kann“, sagte Marc Postman, ebenfalls vom STScI. 'Ohne die Vergrößerung würde es eine Herkules-Anstrengung erfordern, diese Galaxie zu beobachten.'
MACS0647-JD hat nur einen Bruchteil der Größe unserer Milchstraße und ist so klein, dass es sich möglicherweise nicht einmal um eine vollständig ausgebildete Galaxie handelt. Daten zeigen, dass die Galaxie weniger als 600 Lichtjahre breit ist. Basierend auf Beobachtungen von etwas näher gelegenen Galaxien schätzen Astronomen, dass eine typische Galaxie ähnlichen Alters etwa 2.000 Lichtjahre breit sein sollte. Zum Vergleich: Die Große Magellansche Wolke, ein Zwerggalaxie-Begleiter der Milchstraße, ist 14.000 Lichtjahre breit. Unsere Milchstraße hat einen Durchmesser von 150.000 Lichtjahren.
Spieler wird geladen…Die Galaxie wurde mit 17 Filtern beobachtet, die vom nahen Ultraviolett bis zum nahen Infrarot reichen, wobei Hubbles Wide Field Camera 3 (WFC3) und Advanced Camera for Surveys (ACS) verwendet wurden. Coe entdeckte die Galaxie im Februar, als er über einem Katalog von Tausenden von Objekten mit Gravitationslinsen brütete, die in Hubble-Beobachtungen von 17 Clustern der CLASH-Durchmusterung gefunden wurden. Aber die Galaxie erschien nur in den beiden rötesten Filtern.
„Entweder ist MACS0647-JD ein sehr rotes Objekt, das nur bei roten Wellenlängen leuchtet, oder es ist extrem weit entfernt und sein Licht wurde zu diesen Wellenlängen „rotverschoben“ oder eine Kombination aus beiden“, sagte Coe. „Wir haben diese ganze Palette von Möglichkeiten in Betracht gezogen.“
Das CLASH-Team identifizierte mehrere Bilder von acht Galaxien, die von dem Galaxienhaufen aufgenommen wurden. Ihre Positionen ermöglichten es dem Team, eine Karte der Masse des Haufens zu erstellen, die hauptsächlich aus dunkler Materie besteht. Dunkle Materie ist eine unsichtbare Form von Materie, die den Großteil der Masse des Universums ausmacht. 'Es ist wie ein großes Puzzle', sagte Coe. „Wir müssen die Masse im Haufen so anordnen, dass sie das Licht jeder Galaxie an die beobachteten Positionen lenkt.“ Die Analyse des Teams ergab, dass die Massenverteilung des Clusters drei Linsenbilder von MACS0647-JD an den Positionen und der relativen Helligkeit erzeugte, die im Hubble-Bild beobachtet wurden.
Coe und seine Mitarbeiter verbrachten Monate damit, diese anderen alternativen Erklärungen für die Identität des Objekts, darunter rote Sterne, braune Zwerge und rote (alte oder staubige) Galaxien in mittleren Entfernungen von der Erde, systematisch auszuschließen. Sie kamen zu dem Schluss, dass eine sehr weit entfernte Galaxie die richtige Erklärung war.
Die Rotverschiebung ist eine Folge der Ausdehnung des Raums über die kosmische Zeit. Astronomen untersuchen das ferne Universum im nahen Infrarotlicht, weil die Ausdehnung des Weltraums ultraviolettes und sichtbares Licht von Galaxien in infrarote Wellenlängen dehnt. Coe schätzt, dass MACS0647-JD eine Rotverschiebung von 11 hat, die höchste bisher beobachtete.
Eine Schlüsselrolle bei der Analyse spielten Bilder der Galaxie bei längeren Wellenlängen, die mit dem Spitzer-Weltraumteleskop aufgenommen wurden. Wenn das Objekt von Natur aus rot wäre, würde es in den Spitzer-Bildern hell erscheinen. Stattdessen wurde die Galaxie kaum oder gar nicht entdeckt, was auf ihre große Entfernung hinweist. Das Forschungsteam plant, Spitzer zu verwenden, um tiefere Beobachtungen der Galaxie zu erhalten, die zuverlässige Nachweise sowie Schätzungen des Alters und des Staubgehalts des Objekts liefern sollten.
Die MACS0647-JD-Galaxie kann jedoch für ein aktuelles Teleskop zu weit entfernt sein, um die Entfernung basierend auf der Spektroskopie zu bestätigen, die das Licht eines Objekts in Tausende von Farben aufteilt. Trotzdem ist Coe zuversichtlich, dass die junge Galaxie aufgrund ihrer einzigartigen Farben und der umfassenden Analyse des Forschungsteams der neue Distanzchampion ist. „Alle drei Galaxienbilder mit Linsen passen ziemlich gut zusammen und befinden sich in Positionen, die man für eine Galaxie in dieser Ferne erwarten würde, wenn man sich die Vorhersagen unserer besten Linsenmodelle für diesen Haufen ansieht“, sagte Coe.
Der neue Distanz-Champion ist die zweite entfernte Galaxie, die in der CLASH-Durchmusterung entdeckt wurde, einer Multiwellenlängen-Zählung von 25 gewaltigen Galaxienhaufen mit Hubbles ACS und WFC3. Anfang dieses Jahres gab das CLASH-Team die Entdeckung einer Galaxie bekannt, die existierte, als das Universum 490 Millionen Jahre alt war, 70 Millionen Jahre später als die neue rekordbrechende Galaxie. Bisher hat die Umfrage die Beobachtungen für 20 der 25 Cluster abgeschlossen.
Das Team hofft, Hubble nutzen zu können, um in diesen frühen Epochen nach weiteren Zwerggalaxien zu suchen. Wenn diese jungen Galaxien zahlreich sind, könnten sie die Energie bereitgestellt haben, um den Wasserstoffnebel, der das Universum bedeckte, zu verbrennen, ein Prozess, der als Reionisierung bezeichnet wird. Die Re-Ionisation machte das Universum letztendlich lichtdurchlässig.
Lesen Sie das Papier des Teams (pdf).
Quellen: HubbleSite , ESA Hubble
