Ein Team von Astronomen hat mit dem neuen ALMA-Teleskop (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array) die Standorte von über 100 der fruchtbarsten sternbildenden Galaxien im frühen Universum bestimmt.
ALMA ist so mächtig, dass es in nur wenigen Stunden so viele Beobachtungen dieser Galaxien aufnahm, wie alle ähnlichen Teleskope weltweit über einen Zeitraum von mehr als einem Jahrzehnt gemacht haben.
Die fruchtbarsten Sternentstehungsschübe im frühen Universum fanden in fernen Galaxien statt, die viel kosmischen Staub enthielten. Diese Galaxien sind von zentraler Bedeutung für unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Galaxien in der Geschichte des Universums, aber der Staub verdeckt sie und macht es schwierig, sie mit Teleskopen mit sichtbarem Licht zu identifizieren. Um sie herauszufinden, müssen Astronomen Teleskope wie ALMA verwenden, die Licht mit längeren Wellenlängen von etwa einem Millimeter beobachten.
Größer anzeigen | Dieses Bild zeigt Nahaufnahmen einer Auswahl dieser Galaxien. Die ALMA-Beobachtungen bei Wellenlängen im Submillimeterbereich sind in Orange / Rot dargestellt und werden auf einer Infrarotansicht der Region überlagert, wie sie von der IRAC-Kamera auf dem Spitzer-Weltraumteleskop gesehen wird. Bildnachweis: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), J. Hodge et al., A. Weiss et al., NASA Spitzer Science Center
„Astronomen haben über ein Jahrzehnt auf solche Daten gewartet. ALMA ist so mächtig, dass es die Art und Weise, wie wir diese Galaxien beobachten können, revolutioniert hat, obwohl das Teleskop zum Zeitpunkt der Beobachtungen noch nicht vollständig fertiggestellt war “, sagte Jacqueline Hodge (Max-Planck-Institut für Astronomie, Deutschland), Hauptautorin des Papiers, das die ALMA-Beobachtungen präsentiert.
Die bisher beste Karte dieser fernen staubigen Galaxien wurde mit dem von der ESO betriebenen Atacama Pathfinder Experiment Teleskop (APEX) erstellt. Es überblickte einen Bereich des Himmels von der Größe des Vollmonds und entdeckte 126 solcher Galaxien. In den APEX-Bildern erschien jedoch jeder Sternentstehungsstoß als relativ verschwommener Fleck, der so breit sein kann, dass er in schärferen Bildern, die bei anderen Wellenlängen aufgenommen wurden, mehr als eine Galaxie abdeckte. Ohne genau zu wissen, welche der Galaxien die Sterne bilden, waren die Astronomen in ihrem Studium der Sternentstehung im frühen Universum behindert.
Das Auffinden der richtigen Galaxien erfordert schärfere Beobachtungen, und schärfere Beobachtungen erfordern ein größeres Teleskop. Während APEX über eine einzige Antenne in Form einer Schüssel mit einem Durchmesser von 12 Metern verfügt, verwenden Teleskope wie ALMA mehrere APEX-ähnliche Schalen, die über große Entfernungen verteilt sind. Die Signale aller Antennen werden kombiniert, und der Effekt ähnelt dem eines einzelnen Riesenteleskops, das so breit ist wie die gesamte Antennenreihe.
Größer anzeigen | Dieses Bild zeigt sechs der Galaxien, wie sie in den scharfen neuen Beobachtungen von ALMA zu sehen sind (in rot). Die großen roten Kreise zeigen die Regionen an, in denen Galaxien von APEX entdeckt wurden. Das frühere Teleskop hatte nicht scharf genug Bilder, um die Identität der Galaxien zu bestimmen. In jedem Kreis erscheinen viele Kandidaten. Die ALMA-Beobachtungen bei Wellenlängen im Submillimeterbereich werden auf einer Infrarotansicht der Region überlagert, wie sie von der IRAC-Kamera auf dem Spitzer-Weltraumteleskop (blau gefärbt) gesehen wird. Kredit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), APEX (MPIfR / ESO / OSO), J. Hodge ua, A. Weiss ua, NASA Spitzer Science Center
Das Team nutzte ALMA zur Beobachtung der Galaxien von der APEX-Karte während der ersten Phase der wissenschaftlichen Beobachtungen von ALMA. Das Teleskop befindet sich noch im Aufbau. Unter Verwendung von weniger als einem Viertel der endgültigen Anzahl von 66 Antennen, verteilt auf Entfernungen von bis zu 125 Metern, benötigte ALMA nur zwei Minuten pro Galaxie, um jede einzelne in einem winzigen Bereich zu lokalisieren, der 200-mal kleiner als die breiten APEX-Blobs ist, und zwar dreimal die Empfindlichkeit. ALMA ist so viel empfindlicher als andere Teleskope dieser Art, dass sich die Gesamtzahl solcher Beobachtungen innerhalb weniger Stunden verdoppelt hat.
Das Team konnte nicht nur eindeutig identifizieren, welche Galaxien Regionen mit aktiver Sternentstehung aufwiesen, sondern in bis zu der Hälfte der Fälle fanden sie, dass in den vorherigen Beobachtungen mehrere sternbildende Galaxien zu einem einzigen Blob verschmolzen worden waren. Dank der scharfen Sicht von ALMA konnten sie die einzelnen Galaxien unterscheiden.
„Früher dachten wir, dass die hellsten dieser Galaxien tausendmal heftiger Sterne bilden als unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, und riskierten, dass sie sich selbst in die Luft jagen. Die ALMA-Bilder enthüllten mehrere kleinere Galaxien, die Sterne mit etwas vernünftigeren Raten bilden “, sagte Alexander Karim (Durham University, Vereinigtes Königreich), Mitglied des Teams und Hauptautor eines Begleitpapiers zu dieser Arbeit.
Die Ergebnisse bilden den ersten statistisch zuverlässigen Katalog staubiger sternbildender Galaxien im frühen Universum und bilden eine wichtige Grundlage für weitere Untersuchungen der Eigenschaften dieser Galaxien bei verschiedenen Wellenlängen, ohne dass die Gefahr einer Fehlinterpretation aufgrund der Vermischung der Galaxien besteht.
Trotz der scharfen Sicht und der unübertroffenen Empfindlichkeit von ALMA spielen Teleskope wie APEX nach wie vor eine Rolle. „APEX kann einen weiten Bereich des Himmels schneller als ALMA abdecken und ist daher ideal, um diese Galaxien zu entdecken. Sobald wir wissen, wo wir suchen müssen, können wir ALMA verwenden, um sie genau zu lokalisieren “, schloss Ian Smail (Durham University, Vereinigtes Königreich), Co-Autor des neuen Papiers.
Anmerkungen
Die Erfassungen erfolgten in einer Himmelsregion im südlichen Sternbild Fornax (The Furnace) mit dem Namen Chandra Deep Field South. Es wurde bereits von vielen Teleskopen am Boden und im Weltraum eingehend untersucht. Die neuen Beobachtungen von ALMA erweitern die tiefen und hochauflösenden Beobachtungen dieser Region auf den Millimeter / Submillimeter-Teil des Spektrums und ergänzen die früheren Beobachtungen.
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