Es ist das am weitesten entfernte und daher das früheste, das bisher entdeckt wurde. Es wird angenommen, dass es nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall war.
Eine künstlerische Darstellung der neu entdeckten, am weitesten entfernten Galaxie z8_GND_5296. Bildnachweis: V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, Hubble Heritage Team
Der Astronom Steven Finkelstein von der University of Texas in Austin hat ein Team geleitet, das die Entfernung zu der am weitesten entfernten Galaxie entdeckt und gemessen hat. Die Galaxie wird wie zu einer Zeit gesehen, die nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall lag. Während Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA viele andere Kandidaten für Galaxien im frühen Universum identifiziert haben, darunter einige, die möglicherweise noch weiter entfernt sind, ist diese Galaxie die am weitesten entfernte und früheste, deren Entfernung durch nachfolgende Beobachtungen von Keck I definitiv bestätigt wird Teleskop, eines der größten erdgebundenen Teleskope der Welt. Das Ergebnis wird in der 24. Oktober-Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht Natur.
Dieses Bild aus der Hubble-Weltraumteleskop-CANDELS-Umfrage zeigt die am weitesten entfernte Galaxie des Universums mit einer gemessenen Entfernung, die als z8_GND_5296 bezeichnet wird. Die rote Farbe der Galaxie machte die Astronomen darauf aufmerksam, dass sie wahrscheinlich sehr weit entfernt war und daher schon früh nach dem Urknall gesehen wurde. Ein Team von Astronomen maß die genaue Entfernung mit dem Keck I-Teleskop mit dem neuen MOSFIRE-Spektrographen. Sie fanden heraus, dass diese Galaxie etwa 700 Millionen Jahre nach dem Urknall gesehen wurde, als das Universum nur 5% seines gegenwärtigen Alters von 13,8 Milliarden Jahren betrug. (Bildnachweis: V. Tilvi, Texas A & M University; S. L. Finkelstein, Universität von Texas, Austin; C. Papovich, Texas A & M University; CANDELS Team und Hubble Space Telescope / NASA.)
"Wir möchten sehr entfernte Galaxien untersuchen, um zu erfahren, wie sich Galaxien im Laufe der Zeit verändern. Dies hilft uns zu verstehen, wie die Milchstraße entstanden ist", sagte Finkelstein.
Das ist es, was diese bestätigte Galaxienentfernung so aufregend macht, denn "wir erhalten einen Einblick in die Bedingungen, unter denen das Universum nur etwa 5 Prozent seines derzeitigen Alters von 13,8 Milliarden Jahren betrug", sagte Casey Papovich von der Texas A & M University, zweiter Autor der Studie.
Astronomen können untersuchen, wie sich Galaxien entwickeln, weil sich das Licht mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt, etwa 186.000 Meilen pro Sekunde. Wenn wir also entfernte Objekte betrachten, sehen wir sie so, wie sie in der Vergangenheit erschienen sind. Je weiter entfernte Astronomen ihre Beobachtungen verschieben können, desto weiter können sie in die Vergangenheit blicken.
Der Teufel steckt jedoch im Detail, wenn es darum geht, Schlussfolgerungen über die Galaxienentwicklung zu ziehen, betont Finkelstein. "Bevor Sie überzeugende Schlussfolgerungen über die Entwicklung von Galaxien ziehen können, müssen Sie sicherstellen, dass Sie die richtigen Galaxien suchen."
Dies bedeutet, dass Astronomen strengste Methoden anwenden müssen, um die Entfernung zu diesen Galaxien zu messen und zu verstehen, in welcher Epoche des Universums sie gesehen werden.
Das Finkelstein-Team hat diese und Dutzende andere Galaxien ausgewählt, um sie den rund 100.000 Galaxien zuzuordnen, die in der Hubble-CANDELS-Umfrage entdeckt wurden (zu der auch Finkelstein gehört). CANDELS, das größte Projekt in der Geschichte von Hubble, benötigte mehr als einen Monat Hubble-Beobachtungszeit.
Das Team suchte nach CANDELS-Galaxien, die aufgrund ihrer Farben in den Hubble-Bildern möglicherweise sehr weit entfernt sind. Diese Methode ist gut, aber nicht narrensicher, sagt Finkelstein. Das Sortieren von Galaxien mithilfe von Farben ist schwierig, da sich in der Nähe befindliche Objekte als ferne Galaxien tarnen können.
Um die Entfernung zu diesen möglicherweise frühen Universumsgalaxien endgültig zu bestimmen, verwenden Astronomen die Spektroskopie - insbesondere, um wie viel sich die Lichtwellenlängen einer Galaxie auf ihrem Weg von der Galaxie zur Erde zum roten Ende des Spektrums verschoben haben das Weltall. Dieses Phänomen wird als "Rotverschiebung" bezeichnet.
Das Team verwendete das Keck I-Teleskop des Keck Observatory in Hawaii, eines der größten optischen / Infrarot-Teleskope der Welt, um die Rotverschiebung der CANDELS-Galaxie mit der Bezeichnung z8_GND_5296 bei 7,51 zu messen, die höchste Rotverschiebung der Galaxie, die jemals bestätigt wurde. Die Rotverschiebung bedeutet, dass diese Galaxie aus einer Zeit stammt, die nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall liegt.
Keck wurde ich mit dem neuen MOSFIRE Instrument ausgestattet, das die Messung ermöglichte, sagte Finkelstein. „Das Instrument ist großartig. Es ist nicht nur empfindlich, sondern kann auch mehrere Objekte gleichzeitig betrachten. “Letzteres ermöglichte es seinem Team, 43 CANDELS-Galaxien in nur zwei Nächten in Keck zu beobachten und qualitativ hochwertigere Beobachtungen zu erhalten, als dies irgendwo möglich ist sonst.
Forscher sind in der Lage, die Abstände von Galaxien genau zu bestimmen, indem sie ein Merkmal des allgegenwärtigen Elements Wasserstoff messen, das als Lyman-Alpha-Übergang bezeichnet wird und in fernen Galaxien hell emittiert. Es wurde in fast allen Galaxien entdeckt, die mehr als eine Milliarde Jahre vom Urknall entfernt zu sehen waren, doch aus irgendeinem Grund wird es immer schwieriger, die Wasserstoffemissionslinie zu erkennen, wenn sie näher kommt.
Von den 43 mit MOSFIRE beobachteten Galaxien entdeckte Finkelsteins Team dieses Lyman-Alpha-Merkmal von nur einer. "Wir waren begeistert von dieser Galaxie", sagte Finkelstein. Und dann war unser nächster Gedanke: ‚Warum haben wir nichts anderes gesehen? Wir verwenden das beste Instrument für das beste Teleskop mit der besten Galaxienprobe. Wir hatten das beste Wetter - es war wunderschön. Und dennoch haben wir diese Emissionslinie nur von einer unserer 43 beobachteten Galaxien gesehen, als wir erwartet hatten, ungefähr sechs zu sehen. Was ist los?"
Die Forscher vermuten, dass sie sich auf die Ära konzentriert haben, in der das Universum von einem undurchsichtigen Zustand, in dem der größte Teil des Wasserstoffgases zwischen Galaxien neutral ist, in einen durchscheinenden Zustand übergegangen ist, in dem der größte Teil des Wasserstoffs ionisiert ist (bezeichnet als Ära der Re -Ionisation). Es ist also nicht unbedingt so, dass die fernen Galaxien nicht da sind. Es könnte sein, dass sie hinter einer Wand aus neutralem Wasserstoff, der das Lyman-Alpha-Signal blockiert, nach dem das Team gesucht hat, vor der Entdeckung verborgen sind.
Obwohl die Astronomen nur eine Galaxie aus ihrer CANDELS-Probe entdeckten, erwies es sich als außergewöhnlich. Zusätzlich zu ihrer großen Entfernung zeigten die Beobachtungen des Teams, dass die Galaxie z8_GND_5296 extrem schnell Sterne bildet - mit einer Geschwindigkeit, die 150-mal schneller ist als unsere eigene Milchstraßengalaxie. Dieser neue Streckenrekordhalter befindet sich im selben Teil des Himmels wie der bisherige Rekordhalter (Rotverschiebung 7.2), der ebenfalls eine sehr hohe Sternentstehungsrate aufweist.
"Also lernen wir etwas über das ferne Universum", sagte Finkelstein. „Es gibt weit mehr Regionen mit sehr hoher Sternentstehung als wir bisher dachten…. Es muss eine anständige Anzahl von ihnen geben, wenn wir zufällig zwei im selben Bereich des Himmels finden. “
Zusätzlich zu ihren Studien mit Keck beobachtete das Team auch z8_GND_5296 im Infrarot mit dem Spitzer-Weltraumteleskop der NASA. Spitzer hat gemessen, wie viel ionisierten Sauerstoff die Galaxie enthält, um die Geschwindigkeit der Sternentstehung zu bestimmen. Die Spitzer-Beobachtungen haben auch dazu beigetragen, andere Arten von Objekten auszuschließen, die sich als extrem weit entfernte Galaxie tarnen könnten, beispielsweise eine weiter entfernte Galaxie, die besonders staubig ist.
Das Team ist zuversichtlich, welche Zukunftsperspektiven es in diesem Bereich hat. Die Universität von Texas in Austin ist Gründungspartner des 25-Meter-Riesenteleskops Magellan (GMT), mit dessen Bau in Kürze in den Bergen Chiles begonnen wird. Dieses Teleskop hat fast das Fünffache der Lichtsammelkraft von Keck und ist empfindlich gegenüber viel schwächeren Emissionslinien sowie noch weiter entfernten Galaxien. Obwohl die aktuellen Beobachtungen zum Zeitpunkt der Reionisierung allmählich zu erfassen beginnen, ist mehr Arbeit erforderlich.
"Es ist unwahrscheinlich, dass der Prozess der Reionisierung sehr plötzlich abläuft", sagte Finkelstein. "Mit der GMT werden wir viel mehr Galaxien entdecken und unser Studium des fernen Universums dem Urknall noch näher bringen."
Andere Teammitglieder sind Bahram Mobasher von der University of California, Riverside; Mark Dickinson vom National Optical Astronomy Observatory; Vithal Tilvi von Texas A & M; und Keely Finkelstein und Mimi Song von UT-Austin.
Über McDonald Observatory / Universität von Texas, Austin