Die Galaxie mit dem Namen EGSY8p7 ist ungefähr 13,2 Milliarden Lichtjahre entfernt. Das heißt, Astronomen sehen es jetzt, wie es nur 600 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte.
EGSY8p7 ist die am weitesten entfernte bestätigte Galaxie, deren Spektrum mit dem W. M. Keck-Observatorium erhalten wurde. Zu einer Zeit, als das Universum weniger als 600 Millionen Jahre alt war, lag die Rotverschiebung bei 8,68. Die Abbildung zeigt die bemerkenswerten Fortschritte, die in den letzten Jahren bei der Erforschung der frühen kosmischen Geschichte erzielt wurden. Solche Studien sind wichtig, um zu verstehen, wie sich das Universum von einer frühen Dunkelperiode zu einer Zeit entwickelte, in der Galaxien zu leuchten begannen. Die Wasserstoffemission von EGSY8p7 könnte darauf hindeuten, dass es sich um das erste bekannte Beispiel einer frühen Generation junger Galaxien handelt, die ungewöhnlich starke Strahlung aussenden. Vergrößern. | Bildnachweis: Adi Zitrin, California Institute of Technology
Ein Team von Astrophysikern hat die weiteste jemals aufgezeichnete Galaxie gemessen - eine Galaxie namens EGSY8p7 - und ihre Wasserstoffemission aus einer Zeit erfasst, als das Universum weniger als 600 Millionen Jahre alt war.
Darüber hinaus liefert die Methode, mit der die Galaxie entdeckt wurde, wichtige Erkenntnisse darüber, wie die allerersten Sterne im Universum nach dem Urknall aufleuchteten.
Unter Verwendung eines leistungsstarken Infrarotspektrographen auf dem W. M. Keck-Teleskop in Hawaii hat das Team die Galaxie durch Aufspüren ihrer Lyman-Alpha-Emissionslinie - eine Signatur von heißem Wasserstoffgas, das durch starke ultraviolette Emission von neugeborenen Sternen erhitzt wird.
Obwohl dies eine in erdnahen Galaxien häufig nachgewiesene Signatur ist, ist der Nachweis der Lyman-Alpha-Emission in solch großer Entfernung unerwartet, da sie leicht von den zahlreichen Wasserstoffatomen absorbiert werden kann, von denen angenommen wird, dass sie den Raum zwischen den Galaxien zu Beginn des Universums durchdringen .
Das Ergebnis gibt einen neuen Einblick in das, was heißt kosmische ReionisierungDies ist der Vorgang, bei dem dunkle Wasserstoffwolken von der ersten Generation von Galaxien in ihre Protonen- und Elektronenbestandteile gespalten wurden.
Der Astronom des California Institute of Technology (Caltech), Adi Zitrin, Hauptautor des Papiers, erscheint in Astrophysical Journal Letters. Zitrin sagte:
Wir sehen häufig die Lyman-Alpha-Emissionslinie von Wasserstoff in nahegelegenen Objekten, da dies einer der zuverlässigsten Indikatoren für die Sternentstehung ist. Wenn wir jedoch tiefer in das Universum eindringen und damit in frühere Zeiten zurückkehren, enthält der Raum zwischen den Galaxien eine zunehmende Anzahl dunkler Wasserstoffwolken, die dieses Signal absorbieren.
Jüngste Arbeiten haben herausgefunden, dass der Anteil der Galaxien, die diese hervorstechende Linie aufweisen, nach dem Alter des Universums von etwa einer Milliarde Jahren deutlich abnimmt, was einer Rotverschiebung von etwa 6 entspricht.
Die Rotverschiebung ist ein Maß für die Ausdehnung des Universums seit das Licht eine entfernte Quelle verlassen hat und kann nur mit einem Spektrographen auf einem leistungsstarken Großteleskop wie dem 10-Meter-Zwillingsteleskop des Keck-Observatoriums, dem größten der Erde, für schwache Objekte bestimmt werden.
Der Caltech-Astronom Richard Ellis ist Mitautor des Papiers. Ellis sagte:
Das Überraschende an dieser Entdeckung ist, dass wir diese Lyman-Alpha-Linie in einer scheinbar schwachen Galaxie mit einer Rotverschiebung von 8,68 entdeckt haben, was einer Zeit entspricht, in der das Universum voll von absorbierenden Wasserstoffwolken sein sollte.
Abgesehen davon, dass die frühere Rekordverschiebung von 7,73, die auch am Keck-Observatorium erzielt wurde, gebrochen wurde, sagt uns diese Entdeckung etwas Neues darüber aus, wie sich das Universum in den ersten paar hundert Millionen Jahren entwickelt hat.
Computersimulationen der kosmischen Reionisierung lassen darauf schließen, dass das Universum in den ersten 400 Millionen Jahren der kosmischen Geschichte für Lyman-Alpha-Strahlung völlig undurchlässig war. Als die ersten Galaxien geboren wurden, verbrannte die intensive ultraviolette Strahlung ihrer jungen Sterne diesen verdeckenden Wasserstoff in Blasen mit zunehmendem Radius, die sich schließlich überlappten, so dass der gesamte Raum zwischen den Galaxien ionisiert wurde - das heißt, bestehend aus freien Elektronen und Protonen. Zu diesem Zeitpunkt konnte sich die Lyman-Alpha-Strahlung ungehindert durch den Weltraum bewegen.
Sirio Belli ist ein Caltech-Absolvent, der bei der Durchführung der wichtigsten Beobachtungen mitgewirkt hat. Belli sagte:
Es kann sein, dass die von uns beobachtete Galaxie EGSY8p7, die ungewöhnlich (intrinsisch) leuchtend ist, besondere Eigenschaften aufweist, die es ihr ermöglichten, viel früher eine große Blase ionisierten Wasserstoffs zu erzeugen, als dies für typischere Galaxien zu diesen Zeiten möglich ist. Es wurde festgestellt, dass EGSY8p7 sowohl leuchtend als auch mit hoher Rotverschiebung ist. Die mit den Hubble- und Spitzer-Weltraumteleskopen gemessenen Farben weisen darauf hin, dass es möglicherweise von einer Population ungewöhnlich heißer Sterne angetrieben wird.
Da die Entdeckung einer solchen frühen Quelle mit leistungsstarkem Lyman-alpha etwas unerwartet ist, bietet es neue Einblicke in die Art und Weise, wie Galaxien zum Reionisierungsprozess beigetragen haben. Möglicherweise ist der Prozess lückenhaft, da sich einige Regionen des Weltraums schneller als andere entwickeln, zum Beispiel aufgrund von Schwankungen der Materiedichte von Ort zu Ort. Alternativ könnte EGSY8p7 das erste Beispiel einer frühen Generation sein, die ungewöhnlich stark ionisierende Strahlung enthält. Zitrin sagte:
In gewisser Hinsicht ist die Periode der kosmischen Reionisierung das letzte fehlende Stück in unserem Gesamtverständnis der Evolution des Universums. Das Besondere an dieser Entdeckung ist, dass die Untersuchung von Quellen wie EGSY8p7 nicht nur die Grenze zu einer Zeit zurückdrängt, in der das Universum erst 600 Millionen Jahre alt war, sondern auch neue Einblicke in den Ablauf dieses Prozesses bietet.