Bildunterschrift: Künstlerische Darstellung der Galaxie BX442 und ihrer begleitenden Zwerggalaxie (oben links). Bildnachweis: Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics/Joe Bergeron
Uraltes Sternenlicht, das 10,7 Milliarden Jahre lang reiste, hat eine Überraschung gebracht – Beweise für eine Spiralgalaxie lange bevor bekannt wurde, dass sich andere Spiralgalaxien gebildet haben.
„Wenn man in das frühe Universum zurückgeht, sehen Galaxien wirklich seltsam aus, klumpig und unregelmäßig, nicht symmetrisch“, sagte Alice Shapley, außerordentliche Professorin für Physik und Astronomie an der UCLA und Co-Autorin einer Studie, die in der heutigen Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde . „Die überwiegende Mehrheit der alten Galaxien sieht aus wie Zugwracks. Unser erster Gedanke war, warum ist dieser hier so anders und so schön?“
Galaxien gibt es heute in einer Vielzahl einzigartiger Formen und Größen. Einige, wie unsere Milchstraße, sind rotierende Scheiben aus Sternen und Gas, die als Spiralgalaxien bezeichnet werden. Andere Galaxien, sogenannte elliptische Galaxien, ähneln riesigen Kugeln älterer rötlicher Sterne, die sich in zufällige Richtungen bewegen. Dann gibt es eine Vielzahl kleinerer, unregelmäßig geformter Galaxien, die durch die Schwerkraft miteinander verbunden sind, aber keine sichtbare Struktur aufweisen. Eine große, vielfältige Population dieser Art von irregulären Galaxien dominierte das frühe Universum, sagt Shapely.
Das Licht dieser unglaublich weit entfernten Spiralgalaxie, das sich mit einer Geschwindigkeit von fast sechs Billionen Meilen pro Jahr fortbewegt, brauchte 10,7 Milliarden Jahre, um die Erde zu erreichen; nur 3 Milliarden Jahre nach der Entstehung des Universums durch ein Ereignis namens Urknall.
Laut einer Pressemitteilung der UCLA nutzten Astronomen die scharfen Augen des Hubble-Weltraumteleskops, um 300 sehr weit entfernte Galaxien im frühen Universum auszuspionieren. Die Wissenschaftler dachten ursprünglich, ihre Galaxie, eine der massereichsten in ihrer Vermessung mit dem unglamourösen Namen BX442, sei eine Illusion, vielleicht zwei überlagerte Galaxien.
„Die Tatsache, dass diese Galaxie existiert, ist erstaunlich“, sagte David Law, Hauptautor der Studie und Postdoktorand des Dunlap Institute am Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics der University of Toronto. „Nach heutiger Weisheit gab es zu einem so frühen Zeitpunkt in der Geschichte des Universums solche Spiralgalaxien im ‚Grand-Design‘ einfach nicht.“ Eine Galaxie mit „großartigem Design“ hat markante, wohlgeformte Spiralarme.
Um ihr Bild weiter zu verstehen, verwendeten Astronomen ein einzigartiges, hochmodernes Instrument namens OSIRIS-Spektrographen am W.M. Keck-Observatorium auf Hawaiis schlafendem Vulkan Mauna Kea. Das Instrument, das von UCLA-Professor James Larkin gebaut wurde, ermöglichte es ihnen, Licht von etwa 3.600 Orten in und um BX442 zu untersuchen. Diese Spektren gaben ihnen die Hinweise, die sie brauchten, um zu zeigen, dass sie tatsächlich auf eine einzelne, rotierende Spiralgalaxie blickten.
Während Spiralgalaxien im gesamten gegenwärtigen Kosmos reichlich vorhanden sind, war dies nicht immer der Fall. Spiralgalaxien im frühen Universum waren aufgrund häufiger Wechselwirkungen selten. „BX442 sieht aus wie eine nahe Galaxie, aber im frühen Universum kollidierten Galaxien viel häufiger“, sagt Shapely. „Es regnete Gas aus dem intergalaktischen Medium und nährte Sterne, die sich viel schneller bildeten als heute; Schwarze Löcher wuchsen auch viel schneller. Das Universum heute ist langweilig im Vergleich zu dieser frühen Zeit.“
Shapely und Law glauben, dass das gravitative Tauziehen zwischen einem Zwerggalaxie-Begleiter und BX442 für sein futuristisches Aussehen verantwortlich sein könnte. Der Begleiter erscheint nur als kleiner Klecks in ihrem Bild. Computersimulationen, die von Charlotte Christensen, einer Postdoktorandin an der University of Arizona und Mitautorin des Artikels, durchgeführt wurden, belegen diese Idee. Irgendwann werden BX442 und die kleinere Galaxie wahrscheinlich verschmelzen.
Shapley sagte, dass BX442 eine Verbindung zwischen frühen Galaxien, die viel turbulenter sind, und den rotierenden Spiralgalaxien, die wir um uns herum sehen, darstellt. „In der Tat kann diese Galaxie die Bedeutung von Fusionsinteraktionen in jeder kosmischen Epoche bei der Schaffung einer großartigen Spiralstruktur hervorheben“, sagte sie.
Die Untersuchung von BX442 wird Astronomen wahrscheinlich helfen zu verstehen, wie sich Spiralgalaxien wie die Milchstraße bilden, fügte sie hinzu.
Bildunterschrift 2: HST/Keck-Falschfarben-Kompositbild der Galaxie BX442. Bildnachweis: David Law/Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics